WO2003078026A1 - Filtre de ceramique destine au controle de l'emission de gaz d'echappement - Google Patents

Filtre de ceramique destine au controle de l'emission de gaz d'echappement Download PDF

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WO2003078026A1
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Noriyuki Taoka
Yutaka Yoshida
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Ibiden Co., Ltd.
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    • Y10S55/00Gas separation
    • Y10S55/30Exhaust treatment

Definitions

  • the present invention relates to a ceramic filter for treating exhaust gas, and more particularly, to a ceramic filter assembly in which a plurality of filters made of a ceramic sintered body are integrated, a canning body, and a columnar honeycomb filter that can be used for manufacturing the same.
  • Conventional technology a ceramic filter for treating exhaust gas, and more particularly, to a ceramic filter assembly in which a plurality of filters made of a ceramic sintered body are integrated, a canning body, and a columnar honeycomb filter that can be used for manufacturing the same.
  • a general exhaust gas purifying apparatus has a structure in which a casing is provided in the middle of an exhaust pipe connected to an exhaust manifold of an engine, and a filter having fine holes is disposed therein.
  • Materials for forming filters include ceramics in addition to metals and alloys.
  • a ceramic filter As an example of a ceramic filter, a cordierite honeycomb filter is known. Recently, it has advantages such as heat resistance, mechanical strength, high collection efficiency, chemical stability, and low pressure loss.
  • a porous silicon carbide sintered body is used as a filter forming material. (See, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-16-169)
  • the honeycomb filter has a number of cells (through holes) extending along its own axis. As the exhaust gas passes through the filter, the cell walls trap particulates. As a result, 3 ⁇ 4 particles are removed from the exhaust gas.
  • the honeycomb filter made of a porous silicon carbide sintered body has a large thermal expansion, cracks are more likely to occur in the filter during use at high temperatures as the size thereof is increased. Therefore, as a means for avoiding damage due to cracks, a technique for manufacturing one large ceramic filter aggregate by integrally integrating a plurality of small filter pieces has been proposed in recent years. Here is a brief introduction.
  • a rectangular pillar-shaped honeycomb formed body is formed by continuously extruding a ceramic raw material through a mold of an extruder. After cutting the honeycomb formed body into equal lengths, the cut pieces are fired to form a filter. After firing, a plurality of filters are bundled and integrated by bonding the outer peripheral surfaces of the filters through a ceramic sealing material layer. As a result, a desired ceramic filter assembly is completed. Then, a mat-shaped heat insulating material made of ceramic fiber or the like is wound around the outer peripheral surface of the ceramic filter assembly. In this state, the assembly is accommodated in a casing provided along the exhaust pipe.
  • An object of the present invention is to provide a ceramic filter assembly having excellent strength. Another object of the present invention is to provide a columnar honeycomb filter suitable for producing the same.
  • the present inventor has proposed that the exhaust gas purifying apparatus is connected to an engine that emits exhaust gas through a pipe having an inner diameter smaller than that of the filter, and that the pipe is formed in a conical shape immediately before the filter.
  • the present inventor has determined that the outer peripheral portion in the major axis direction and the outer peripheral portion in the minor axis direction differ due to the difference in the distance from the center. We also noticed that there was a considerable temperature difference between the two. It was found that this temperature difference hindered the uniform regeneration of the filter assembly, caused soot to be left unburned, and eventually caused cracks due to exceeding the strength limit of the filter.
  • the present inventor has conducted tests and studies to complete a flat filter aggregate that enables a uniform temperature rise. Then, it was found that if a ceramic filter aggregate was manufactured so as to satisfy a certain condition, a ceramic filter aggregate having excellent strength could be obtained by relaxing thermal stress.
  • a plurality of columnar honeycomb filters made of a porous ceramic sintered body are integrated by bonding through a ceramic sealing material layer, and cut in parallel to end faces of the plurality of honeycomb filters.
  • a ceramic filter aggregate having a substantially elliptical cross-sectional shape is provided.
  • the plurality of honeycomb filters are cut in parallel to the end face.
  • the honeycomb filter includes a rectangular shape having a rectangular cross section, and a ratio B 1 ZB 2 of the length B 1 of the long side and the length B 2 of the short side in the rectangle being 1.1 to 3.0.
  • the honeycomb filter is arranged such that the long side and the short side of the honeycomb filter are parallel to the major axis and the minor axis of the aggregate, respectively.
  • each honeycomb filter has a plurality of rectangular cells extending along the axis of the filter, and has a length C1 and a length C2 of a long side of each cell.
  • the ratio C 1 / C 2 is 1.1 to 3.0.
  • the plurality of honeycomb finolators are arranged such that the long sides of the cells are parallel to the major axis of the aggregate, and the short sides of the cells are parallel to the minor axis of the aggregate. .
  • each honeycomb filter has a plurality of rectangular cells defined by relatively thick cell walls and relatively thin cell walls orthogonal to each other and extending along the axis of the filter,
  • the relatively thick cell wall is parallel to a major axis of the aggregate
  • the relatively thin cell wall is parallel to a minor axis of the aggregate.
  • the ceramic sealing material layer extends in parallel with the major axis of the assembly, and a second sealing material layer extending perpendicular to the major axis of the assembly.
  • the first sealing material layer is thicker than the second sealing material layer.
  • the ceramic sealing material layer includes a first sealing material layer parallel to a major axis of the aggregate, and a second sealing material layer orthogonal to the major axis of the aggregate.
  • the thermal conductivity of the first sealing material layer is lower than the thermal conductivity of the second sealing material layer.
  • the ceramic filter assembly further includes a ceramic outer sealing material layer formed on the outer periphery of the assembly.
  • a first portion located on an extension of a major axis of the assembly is thicker than a second portion located on an extension of a minor axis of the assembly.
  • a plurality of columnar honeycomb filters made of a porous ceramic sintered body are integrated by bonding through a ceramic inner seal material layer, and are integrated with the end faces of the plurality of honeycomb filters.
  • a ceramic filter assembly having a substantially elliptical cross-section when cut in parallel;
  • a canning body comprising a tubular casing to be housed and a heat insulating material disposed between the casing and the ceramic filter assembly is provided.
  • the heat insulating material has a first portion located on an extension of the major axis of the assembly, and a second portion located on an extension of the minor axis of the assembly, wherein the first portion is more than the second portion. Also thick.
  • a columnar honeycomb filter made of a porous ceramic sintered body is provided.
  • the honeycomb filter has a rectangular cross-sectional shape when cut in parallel to its end face, and the ratio B 1 ZB 2 of the length B 1 of the long side and the length B 2 of the short side in the rectangle is obtained. 3.0 or less.
  • a columnar honeycomb filter has a plurality of cells extending along the axial direction thereof and an end face, and each cell has a rectangular cross-sectional shape when cut in parallel to the end face.
  • C 1 the length of the long side of each cell
  • C 2 the ratio C 1 ZC 2 is 3.0 or less.
  • a columnar honeycomb filter made of a porous ceramic sintered body has a plurality of rectangular cells extending along the axial direction of the honeycomb filter, and each rectangular cell is a relatively thick cell orthogonal to each other.
  • a first straight line in which a distance between two points intersecting the substantially elliptical contour is maximized is assumed.
  • a second straight line that is perpendicular to the first straight line and that has a maximum distance between two points that intersect the substantially elliptical contour The number of the sealing material layers traversed by the first straight line of the assembly is equal to or less than the number of the sealing material layers traversed by the second straight line.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an exhaust gas purification device provided with a ceramic filter assembly according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the ceramic filter assembly of FIG.
  • Fig. 3 (a) is a perspective view of a honeycomb filter having a rectangular cross section.
  • FIG. 3B is a perspective view of a honeycomb filter having rectangular cells.
  • FIG. 3 (c) is a perspective view of a honeycomb filter having a plurality of cells, each of which is orthogonal to each other and defined by cell walls having different thicknesses.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the exhaust gas purifying apparatus of FIG.
  • FIGS. 5A to 5E show cross-sectional shapes of the ceramic filter assembly.
  • Fig. 6 (a) is a side view of a filter assembly formed from a honeycomb filter having a rectangular cross section.
  • FIGS. 6 (b) and 6 (c) are side views of a filter assembly formed of a honeycomb filter having a square cross section.
  • FIGS. 7 (a), 7 (b) and 7 (c) are side views of a filter assembly formed from honeycomb filters having cells of different shapes.
  • FIGS. 8 (a), 8 (b) and 8 (c) are side views of a filter assembly formed of a honeycomb filter having cell walls having different thicknesses.
  • FIGS. 9 (a), 9 (b), and 9 (c) are side views of a filter assembly integrated by sealing material layers having different thicknesses.
  • FIG. 10 (a) is a side view of a filter assembly integrally formed by sealing material layers having different thermal conductivities.
  • FIG. 10 (b) is a side view of a filter assembly provided with an outer sealing material layer having an uneven thickness.
  • FIG. 10 (c) is a side view of a filter assembly provided with a heat insulating material having an uneven thickness.
  • the exhaust gas purification device 1 is a device for purifying exhaust gas discharged from a diesel engine 2 as an internal combustion engine.
  • the diesel engine 2 has a plurality of cylinders (not shown). Each cylinder is connected to each branch pipe 4 of an exhaust manifold 3 made of a metal material. Each branch pipe 4 is connected to one manifold body 5. Therefore, the exhaust gas discharged from each cylinder is concentrated at one place.
  • the first exhaust pipe 6 and the second exhaust pipe made of metallic material Tube 7 is installed downstream of the exhaust manifold 3, the first exhaust pipe 6 and the second exhaust pipe made of metallic material Tube 7 is installed.
  • the upstream end of the first exhaust pipe 6 is connected to the manifold main body 5.
  • a cylindrical casing 8 also made of a metal material is arranged between the first exhaust pipe 6 and the second exhaust pipe 7, a cylindrical casing 8 also made of a metal material is arranged.
  • An upstream end of the casing 8 is connected to a downstream end of the first trachea 6, and a downstream end of the casing 8 is connected to an upstream end of the second exhaust pipe 7.
  • Exhaust gas flows inside the first exhaust pipe 6, the casing 8, and the second exhaust pipe 7.
  • the center of the casing 8 has a larger diameter than the exhaust pipes 6 and 7.
  • the casing 8 accommodates a ceramic filter assembly 9.
  • the exhaust gas purification device 1 in which the ceramic filter assembly 9 is accommodated in the casing 8 is called a canning body.
  • a heat insulating material 10 is provided between the outer surface of the assembly 9 and the inner surface of the casing 8.
  • the heat insulating material 10 is a mat-like material including ceramic fibers, and its thickness is 2 mn! ⁇ 6 O mm. It is desirable that the heat insulating material 10 has an elastic structure and has a function of releasing thermal stress.
  • the heat insulating material 10 prevents heat from escaping from the outermost peripheral portion of the assembly 9 to minimize the energy consumption at the time of regeneration, and has an elastic structure so that the exhaust gas It is possible to prevent the displacement of the ceramic filter assembly 9 which is caused by vibrations or the like caused by running pressure or the like.
  • the ceramic filter assembly 9 of the present embodiment removes diesel particulates as described above, it is generally called a diesel particulate filter (DPF).
  • the aggregate 9 of the present embodiment is formed by bundling and integrating a plurality of honeycomb filters F1.
  • the honeycomb fins F 1 located at the ⁇ center portion of the aggregate 9 are all rectangular prisms as shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c). .
  • a plurality of irregular shaped honeycomb filters F1 that are not square pillar-shaped are arranged.
  • an approximately elliptical columnar ceramic finoleta aggregate 9 having a substantially elliptical cross section is formed.
  • the pre-cut shape of the aggregate 9 of the present embodiment is substantially elliptical.
  • a substantially elliptical shape J is not limited to an ellipse consisting only of curves, as shown in Fig. 5 (a). Absent.
  • a flat elliptical shape including a partly straight line as shown in FIG. 5 (b), more specifically including a pair of parallel straight lines, is also included. The straight portion may be at only one location, or may be at three or more locations.
  • the flat shape J includes shapes as shown in FIGS. 5 (a), 5 (b), 5 (c), 5 (d) and 5 (e).
  • the major axis of the aggregate 9 Let the length of the minor axis be A1, A2 (A1> A2) If the substantially elliptical shape is an ellipse, the major axis passing through the focal point is the major axis, and the minor axis perpendicular to it The axis is the minor axis, where the dimensions Al and A2 are desirably 500 mm or less If the dimensions Al and A2 are larger than 50 Omm, it is difficult to produce an aggregate having sufficient strength It is.
  • each honeycomb filter F1 is defined as a dimension along a flow direction (a direction perpendicular to the filter end face) of the gas to be processed. Further, when each honeycomb filter F1 is cut perpendicularly to the flow direction of the exhaust gas (in other words, when cut parallel to the filter end face), the cross-sectional shape is rectangular.
  • the lengths (external dimensions) of the long side and the short side of the cross section of the honeycomb filter F1 are Bl and B2 (B1 ⁇ B2), respectively.
  • Each dimension B 1, B 2 is desirably 110 mm or less. If the dimensions Bl and B2 are larger than 11 Omm, the strength of the filter / filter F1 is significantly reduced.
  • the ratio of B 1 ZB 2 is 3 or less. If the ratio of B12 is larger than 3, thermal shock is likely to act on the filter F1 due to thermal shock, and cracks are likely to occur.
  • the two-cam filter F1 is made of a porous silicon carbide sintered body that is a kind of a porous ceramic sintered body.
  • the reason for using a silicon carbide sintered body is that it has an advantage of being particularly excellent in heat resistance and thermal conductivity as compared with other ceramics.
  • a sintered body other than silicon carbide for example, a sintered body such as silicon nitride, sialon, alumina, cordierite, and mullite can be selected.
  • a silicon-containing ceramic in which metal silicon is blended with the above-mentioned ceramic, a ceramic bonded with silicon or a silicide compound can also be used. This is because the metallic silicon can prevent cracks due to thermal shock or the like of the ceramic. It is preferable to add 5 to 50 parts by weight of metallic silicon to 100 parts by weight of silicon carbide. If the amount of metallic silicon is small, the adhesive strength of the filter F1 is reduced. If the amount is too large, the filter F1 is further densified, and characteristics required for the filter cannot be obtained.
  • each honeycomb filter F1 is a so-called honeycomb structure.
  • the reason why the honeycomb structure is adopted is that there is an advantage that the loss of shoring force is small even when the amount of collected fine particles is increased.
  • Each filter F 1 has a plurality of cells 12 (through holes) having a rectangular cross-sectional shape, which are formed in a regular manner not in the direction of the axis.
  • Each section '1 2 is long and thick.
  • the side of the protruding surface; R (inner diameter) is defined as C I, C 2 (C 1 ⁇ C 2).
  • Each cell 12 is separated from each other by thin cell walls 13a, 13b.
  • the thicknesses of the cell walls 13a and 13b are defined as Dl and D2 (D1 ⁇ D2), respectively.
  • the ratio C 1 ZC 2 is desirably 3 or less. If the ratio C 1 / C 2 is greater than 3, heat and force are likely to be applied to the inodes due to thermal shock, and cook is likely to occur.
  • the ratio D 1 ZD 2 is desirably 3 or less. If the ratio D 1 D 2 is larger than 3, thermal shock is likely to be applied to the filter F 1 due to thermal shock, and cracks are likely to occur.
  • each cell 12 is sealed with a sealing body 14 (here, a sintered body of porous silicon carbide) on one end face 9 ⁇ , 9 of the filter F1. Due to the sealed cells 12, a checkered pattern is formed on the end faces 9 ⁇ and 9i3.
  • the density of the cells 12 is about 200 cells / square inch.
  • About half of the cells 12 are open at the upstream end face 9 ⁇ , and the remaining cells 12 are open at the downstream end face 9.
  • the side lengths CI and C2 of the cell 12 are desirably set to 0.5 mm to 5.0 mm.
  • the dimensions C 1 and C 2 are larger than 5.0 mm, the filtration area of the cell walls 13 a and 13 b will be small, and the performance of the filter F 1 will be reduced.
  • the thicknesses Dl and D2 of the cell walls 13a and 13b are desirably set to 0.1 to 0.5 mm. Because the dimensions D l, D If it is larger than 0.5 mm, the fluid resistance (pressure loss) caused by the filter F 1 increases, which is not preferable. On the other hand, if the dimension D1, 02 is smaller than 0.1 mm, the strength of the filter F1 becomes insufficient.
  • the average pore size of the honeycomb finoleta F 1 is 1 ⁇ m to 50 m, and even 5 ⁇ ! 220 ⁇ . If the average pore diameter is less than 1 / zm, clogging of the honeycomb filter F1 due to accumulation of fine particles becomes remarkable. On the other hand, if the average pore diameter exceeds 50 ⁇ , fine particles cannot be collected, and the collection efficiency will decrease.
  • the porosity of the honeycomb filter F1 is preferably 30% to 80%, more preferably 40% to 60%. If the porosity is less than 30%, the honeycomb filter F1 may be too dense, and exhaust gas may not be allowed to flow inside. On the other hand, if the porosity exceeds 80%, the number of voids in the honeycomb filter F1 becomes too large, and the strength may be weakened and the efficiency of collecting fine particles may be reduced.
  • the thermal conductivity of the Hucum filter F1 is preferably from K to 8 OW / mK, more preferably from 3 OW / mK to 7 OW / m. m ⁇ K is particularly good.
  • the outer peripheral surfaces of the honeycomb filter F1 are bonded to each other via ceramic sealing material layers 15a and 15b.
  • the ceramic sealing material layers 15a and 15b are defined as being of the same type if they are parallel to each other.
  • the ceramic sealing material layer which is parallel to the short side of the assembly 9 is 15a
  • the thickness of the ceramic sealing material layer is parallel to the long side of the assembly 9, and the thermal conductivity is G1.
  • the sealing material layer is defined as 15b
  • its thickness is defined as E2 (E1 ⁇ E2)
  • its thermal conductivity is defined as G2. At this time, it is desirable that the ratio ElZE2 is 5 or less.
  • the ratio E 1 / E2 is larger than 5, the heat conduction is reversed in the short side direction and the long side direction, so that it is difficult to uniformly raise the temperature of the assembly 9. It is desirable that the ratio E1 / E2 be 1.05 or more.
  • the ratio E 1 / E 2 is less than 1. ⁇ , heat conduction in the long side direction is less likely to occur, and it becomes difficult to uniformly heat the aggregate 9, soot burns, and eventually cracks are generated. It is easy to occur.
  • the thicknesses of the sealing material layers 15a and 15b are made equal, the composition (mixing) of the sealing material layers 15a and 15b is made different from each other, so that the heat conduction between the two sealing material layers 15a and 15b is performed.
  • the ratios Gl and G2 may be adjusted.
  • the ratio G1ZG2 is desirably 0.20 or more. If the ratio G1ZG2 is smaller than 0.20, the heat conduction of the heat is reversed in the short side direction and the long side direction, so that it is difficult to uniformly heat the aggregate 9. It is desirable that the ratio G1ZG2 be 0.7 or less.
  • the ratio G 1ZG 2 is larger than SO.7, heat conduction in the long side direction is less likely to occur, making it difficult to raise the temperature of the assembly 9 uniformly, so that soot burns and eventually cracks are liable to occur.
  • the thickness of the sealing material layers 15a and 15b E l, £ 2 is 0.3 mn! It is preferably from 3 mm to 3 mm, and more preferably from 0.5 mm to 2 mm. If the thicknesses E 1 and E 2 exceed 3 mm, even if the thermal conductivity is high, the thermal resistance of the sealing material layers 15 a and 15 b is large, and the heat conduction between the honeycomb filters F 1 is hindered. In addition, since the ratio of the honeycomb filter F1 in the aggregate 9 is relatively reduced, the filtration capacity is reduced.
  • the thickness E1, £ 2 of the sealing material layers 15a, 15b is less than 0.3 mm, the heat resistance will not be large, but the bonding force between the honeycomb filters F1 will be insufficient. Then, the aggregate 9 is easily broken.
  • the sealing material layers 15a and 15b are composed of at least inorganic fibers, an inorganic binder, an organic binder, and inorganic particles, and the three-dimensionally interspersed inorganic fibers and inorganic particles, and the inorganic binder and the organic binder. It is desirable to be made of an elastic material that is connected to each other through the intermediary.
  • Examples of the inorganic fibers contained in the sealing material layers 15a and 15b include at least one or more ceramic fibers selected from silica-alumina fiber, mullite fiber, alumina fiber and silica fiber. Among these, it is particularly desirable to select silica-alumina ceramic fibers. Silica-alumina ceramic fiber has excellent heat resistance and has the effect of absorbing thermal stress. Because it is.
  • the content of the silica-alumina ceramic fibers in the seal material layers 15a and 15b is preferably from 10% to 70% by weight, more preferably from 10% to 40% by weight, based on the solid content. Preferably it is 20 to 30% by weight.
  • the content of the silica-alumina ceramic fiber is less than 10% by weight, the effect as an elastic body is reduced. - How, if the content of the silica one alumina ceramic fiber exceeds 70 weight 0/0, not only leads to a decrease in thermal conductivity, elasticity also decreases.
  • the shot content in silica-ceramic ceramic fiber is 1 weight 0 /. 110% by weight, preferably 1% by weight to 5% by weight, more preferably 1% by weight to 3% by weight. Making the shot content less than 1% by weight is difficult in manufacturing. On the other hand, if the shot content exceeds 50% by weight, the outer peripheral surface of the honeycomb filter F1 is easily damaged.
  • the fiber length of the silica-alumina ceramic fiber is l / xm to 100 mm, preferably 1 ⁇ to 50 ⁇ , and more preferably 1 ⁇ m to 20 mm. If the fiber length is less than S 1 / zm, an elastic structure cannot be formed. If the fiber length exceeds 10 Omm, the fibers are pilled and the dispersibility of the inorganic fine particles is deteriorated. Further, it is difficult to reduce the thickness of the sealing material layers 15a and 15b to 3 mm or less, and it becomes impossible to improve the thermal conductivity between the honeycomb filters F1.
  • the inorganic binder contained in the sealing material layers 15a and 15b at least one or more colloidal sols selected from silica sol and alumina sol are desirable. Among them, it is particularly desirable to select silica sol. The reason is that silica sol is easily available and easily becomes Sio 2 by firing, so that it is suitable as an adhesive in a high temperature region. In addition, the silica sol has excellent insulating properties.
  • the content of the silicic acid sol in the sealing material layers 15a and 15b is 1% to 30% by weight, preferably 1% by weight in solid content. It is 15% by weight, more preferably 5% to 9% by weight. When the content of the silica sol is less than 1% by weight, the adhesive strength is reduced.
  • the thermal conductivity decreases.
  • a hydrophilic organic polymer is preferable, and at least one or more polysaccharides selected from polyvinyl alcohol, methylcellulose, ethylsenololose and carboxymethylcellulose are preferable. More preferred. Among these, it is particularly desirable to select carboxymethylcellulose. The reason for this is that force / repoxymethinoresenorelose imparts excellent fluidity to the sinole material layers 15a and 15b, and therefore exhibits excellent adhesiveness in a normal temperature range.
  • the content of carboxymethylcellulose in the sealing material layers 15a and 15b is 0.1% by weight to 5.0% by weight, preferably 0.2% by weight to 1.0% by weight, and more preferably 0.2% by weight to 1.0% by weight. 0.4 weight. /. ⁇ 0.6% by weight.
  • migration means that when the sealing material layers 15 a and 15 b filled between the objects to be sealed harden, the binder in the sealing material layers 15 a and 15 b is It refers to the phenomenon that moves as the solvent is removed by drying.
  • the content of carboxymethylcellulose exceeds 5.0% by weight, the organic binder is burned off by the high temperature, and the strength of the sealing material layers 15a and 15b decreases.
  • the inorganic particles contained in the sealing material layers 15a and 15b are preferably at least one or more inorganic powders selected from silicon carbide, silicon nitride and boron nitride, or an elastic material using whiskers. .
  • Such carbides and nitrides have very high thermal conductivity, and contribute to the improvement of thermal conductivity by being interposed between the surface of the ceramic fiber and the surface and inside of the colloidal sol.
  • the honeycomb filter F1 which is the sealed body, is of the same type, that is, made of porous silicon carbide.
  • the content of the silicon carbide powder is from 3% by weight to 80% by weight, preferably from 10% by weight to 60% by weight on a solid basis. / 0 , more preferably 20 to 40% by weight.
  • the content of the silicon carbide powder is less than 3% by weight, the thermal conductivity of the sealing material layers 15a and 15 is low. As a result, the sealing material layers 15a and 15b still have a large thermal resistance.
  • the content exceeds 80% by weight, the adhesive strength at high temperatures is reduced.
  • the particle size of the silicon carbide powder is 0.1 ⁇ : I 0 Om, preferably 0.1 ⁇ ! 115 ⁇ m, more preferably 0.1 ⁇ m ⁇ 10 m. If the particle size exceeds 100 m, the adhesive strength and the thermal conductivity are reduced. On the other hand, when the particle size is less than 0.01 ⁇ m, the cost of the sealing material layers 15a and 15b is increased.
  • the ceramic raw material slurry used in the extrusion molding process, the sealing paste used in the end face sealing process, and the sealing material layer forming paste used in the filter bonding process are prepared in advance.
  • the ceramic raw material slurry a mixture obtained by mixing and kneading a predetermined amount of silicon carbide powder, organic pinder and water (and, in some cases, metallic silicon) is used.
  • a sealing paste a mixture obtained by mixing and kneading silicon carbide powder, an organic piner, a lubricant, a plasticizer, and water is used.
  • the sealing material layer forming paste a mixture obtained by mixing and kneading inorganic fibers, an inorganic binder, an organic binder, inorganic particles, and water in predetermined amounts, respectively, is used.
  • the ceramic raw material slurry is put into an extruder and continuously extruded through a mold.
  • the extruded honeycomb formed body is cut into equal lengths to obtain square-shaped honeycomb formed body cut pieces. Further, a predetermined amount of sealing paste is filled into one opening of each cell of the cut piece, and both end faces of each cut piece are sealed.
  • main firing is performed by setting the temperature, time, and the like to predetermined conditions, and the honeycomb molded body cut pieces and the sealed body 14 are completely sintered.
  • the firing temperature is set to 140 ° C. to 230 ° C. Set to 0.
  • the firing time is set to 0.1 to 5 hours.
  • the atmosphere in the furnace during firing is an inert atmosphere, and the pressure of the atmosphere at that time is normal pressure.
  • a ceramic base layer is formed on the outer peripheral surface of the honeycomb filter F1, and then a sealing material layer forming paste is applied thereon. Then, 4 to 130 such honeycomb filters F1 are used, and the outer peripheral surfaces thereof are mutually exchanged. Attach it and stick it together.
  • the thickness of the general outer 'ceramic sealing material layer is uniform.
  • the portion of the outer ceramic sealing material layer that contacts the long side of the aggregate 9 is 15c, and the portion that contacts the short side of the aggregate 9 is the The thickness of the part 15c is defined as H1, and the thickness of the part 15d is defined as H2.
  • the cell 12 that is, the concave portion is exposed on the peripheral surface of the aggregate 9 by grinding.
  • the thickness of the ceramic sealing material layer is defined as the distance from the curved surface connecting the cell walls 13 a and 13 b of the exposed cell 12.
  • a paste for forming a ceramic sealing material layer was applied so that the thickness of the intermediate portion between the portion 15c and the portion 15d gradually changed.
  • the thickness of the ceramic sealing material layer can be adjusted by processing after application of the paste, or the ceramic sealing material is poured into a mold having such a thickness and dried to form the sealing material layer. You can.
  • the ratio of H 2 / "HI is 0.95 or less. If the ratio H2ZH1 is larger than 0.95, the filter in the long side direction becomes easy to cool, and uniform temperature rise of the assembly 9 is achieved. It becomes difficult, and soot burns and eventually cracks.
  • the ratio H2 / H1 is not less than 0.06. If the ratio H2 / H1 is less than 0.06, it becomes difficult to uniformly raise the temperature of the assembly 9 because the heat radiating property is reversed in the short side direction and the long side direction.
  • the assembly 9 is wound around a heat insulating material 10 (see FIGS. 1 and 10 (c)) and housed in a casing 8.
  • the heat insulating material usually has a uniform thickness.
  • the thickness of the heat insulating material is in contact with the long side of the aggregate 9 and the short side of the aggregate 9 The part that is different from 16b.
  • the thickness of the portion 16a is defined as I1
  • the thickness of the portion 16b is defined as I2.
  • the ratio of 12 to 11 be 0.91 or less. If the ratio I2ZI1 is larger than 0.91, the filter F1 near the outer side in the long side direction becomes easy to cool, and it becomes difficult to uniformly raise the temperature of the assembly 9, soot burns, and eventually cracks. Is more likely to occur. Conversely, the ratio I 2 ZI 1 is desirably 0.30 or more. If the ratio I 2/11 is less than 0.30, the heat dissipation of heat is reversed in the short side direction and the long side direction, so that it is difficult to uniformly raise the temperature of the assembly 9.
  • a mat composed of general ceramic fiber, alumina fiber, or alumina silicate fiber can be used as the heat insulating material 10. Next, the function of trapping fine particles by the ceramic filter assembly 9 will be briefly described. .
  • the exhaust gas is supplied from the upstream end face 9 of the ceramic filter assembly 9 and flows into the cell 12 opened at the upstream end face 9 ⁇ .
  • the exhaust gas passes through the cell walls 13a and 13b and reaches the inside of the adjacent cell 12 which is open at the downstream end face 9J3.
  • the passed gas flows out of the downstream end face 9) 3 of the honeycomb finoletor F 1 through the opening of the cell 12.
  • the fine particles contained in the exhaust gas do not pass through the cell walls 13a and 13b, but are trapped there. Therefore, the gas (purified gas) from which the fine particles have been removed is discharged from the downstream end face 9 J3 of the Hucom filter F1.
  • the purified gas passes through the second exhaust pipe 7 and is released into the atmosphere. When the internal temperature of the aggregate 9 reaches a predetermined temperature, the trapped fine particles are ignited and burned by the action of the catalyst.
  • the cells (through holes) of the formed body were sealed with a sealing paste made of a porous silicon carbide sintered body.
  • the sealing paste was dried using the dryer again.
  • the dried product was degreased at 400 ° C., and then calcined at 2200 ° C. for about 3 hours in an argon atmosphere at normal pressure.
  • a honeycomb filter F1 made of a porous silicon carbide sintered body was obtained. According to this method, filters having the dimensions shown in Table 1 were produced. The filter length is unified to 150 mm.
  • each filter was gradually heated to 600 ° C or 800 ° C in an electric furnace and maintained at the target temperature for 3 hours. After that, it was taken out at room temperature at 20, and the filter was subjected to thermal shock. Table 1 shows the results of the presence or absence of cracks.
  • the cells (through holes) of the formed body were sealed with a sealing paste made of a porous silicon carbide sintered body. Then, the sealing paste was dried again using a dryer. After the dried body was degreased at 400 ° C., it was baked at 1,500 ° C. for about 3 hours in an argon atmosphere at normal pressure. As a result, a honeycomb filter F1 made of a porous silicon carbide monometallic silicon sintered body was obtained. According to this method, filters having the dimensions shown in Table 2 were produced. The filter length is unified to 15 Omm. As in Test 1, a thermal shock test was performed.
  • Test 3 a filter was manufactured in the same procedure as in Test 1. However, the inside diameter of the cell (through hole) has been changed. Table 3 shows the dimensions and the results of the thermal shock test. From these results, cracks occurred at a thermal shock of 600 ° C and 800 ° C if the ratio Cl_C2 was 3.07 or more. Therefore, it was found that if the ratio C 1 C 2 is 3.0 or less, it can sufficiently withstand a thermal shock of about 800 which can be used as a filter.
  • Test 4 a filter was manufactured as in Test 2. However, the inside diameter of the cell (through hole) has been changed. Table 4 shows the dimensions and the results of the thermal shock test. From this result, at 600 ° C ! impact, cracks occur when the ratio C 12 is 3.20 or more, and at 800 ° C thermal shock, the ratio C 1 / "C 2 is 3.07 or more. Therefore, it was found that if the ratio C 1ZC2 was 3.0 or less, it could sufficiently withstand a thermal shock of about 800 ° C that could be used as a filter.
  • Test 5 a filter was manufactured as in Test 1. However, the wall thickness has been changed. Table 5 shows the dimensions and the results of the thermal shock test. According to these results, cracks occurred at a thermal shock of 600 ° C. and 800 ° C. when the ratio D 1ZD2 was 3.03 or more. Therefore, it was found that if the ratio D 1 / D2 was 3.0 or less, it could sufficiently withstand a thermal shock of about 800 ° C. which could be used as a filter.
  • a silicon carbide powder 5 1. and 5% by weight and ⁇ -type silicon carbide powder at 2 wt% wet mixed the resulting mixture into an organic binder (methyl cellulose) 6.5 weight 0 and water 20 wt% was added And kneaded.
  • a small amount of a plasticizer and a lubricant were added to the kneaded material, and the mixture was further kneaded and extruded by changing the mold to obtain a honeycomb-shaped formed body.
  • the cells 12 of the formed body are sealed with a sealing paste made of a porous silicon carbide sintered body, and a drying dryer is used.
  • the sealing paste was dried.
  • the dried product was degreased at 400 ° C., and then baked at 2200 DC for about 3 hours in an argon atmosphere at normal pressure.
  • a honeycomb filter F1 made of a porous silicon carbide sintered body was obtained.
  • each honeycomb filter F 1 is 66.9 mm
  • the short side B 2 is 32.7 mm
  • the length L is 150 mm
  • the length of the long side and short side of the cell 12 is Both were 1.5 mm
  • the thicknesses D l and 02 of the cell walls 13 a and 13 were both 0.3 mm.
  • the paste used for forming the sealing material layers 15a, 15b, and 15c was prepared by adjusting the kneaded material to an appropriate viscosity.
  • the ceramic fiber is an alumina silicate ceramic fiber having a shot content of 3% and a fiber length of 0.1 mm to 10 Omm, and the conversion amount of silica sol of SiO 2 is 30%.
  • a paste for forming a sealing material layer was evenly applied to the outer peripheral surface of the honeycomb filter F1, thereby forming a 1.70-thick Oram thick layer material 15a and 15b.
  • Nine honeycomb filters F1 were arranged in three rows and three columns in the same direction, and dried at 100 for 1 hour in a state where the outer peripheral surfaces were in close contact with each other. Thereby, the sealing material layers 15a and 15b are hardened, and the nine honeycomb filters F1 are integrated.
  • An outer shape cutting step was performed to make the cross section of the aggregate of the nine honeycomb filters F1 integrated into an ellipse.
  • the major axis A1 of the oval is 160 mm
  • the minor axis A2 is 80 mm
  • the ratio A1 / A2 Is 2.
  • a 1.5-mm-thick sealing material layer 15c is applied to the outer periphery of the assembly, and the outer shape is cut and trimmed to form a ceramic with a substantially elliptical cross section as shown in Fig. 6 (a).
  • a finoleta aggregate 9a was produced.
  • thermocouple is embedded at one point P (T emp.) At almost the center of the honeycomb filter F1, and in FIG. 6 (a), indicated by ⁇ , ⁇ , ⁇ The temperature ⁇ , ⁇ / 3, ⁇ ⁇ of the honeycomb filter F1 at each location was measured over time.
  • is the temperature at the center of the filter
  • ()) 3 is the temperature at a position 5 mm from the outermost periphery of the filter in the minor axis direction
  • T7 is the temperature at 5 mm from the outermost periphery of the filter in the major axis direction.
  • ° C
  • Example 1 After repeating the regeneration test a plurality of times (10 times), the aggregate 9a was taken out, and each honeycomb filter F1 was visually observed to investigate the degree of unburned soot and the state of crack generation.
  • the maximum temperature difference ⁇ C) was about 50 ° C, and the value was extremely small.
  • Comparative Examples 11-1 and 11-2 the aggregate 9 was manufactured basically in the same manner as in Example 1-1. However, in Comparative Example 1-1, the long side B 1 of each honeycomb filter F 1 was changed to 32.7 mm, the short side B 2 was changed to 32.7 mm, and the length L was changed to 150 mm. (Same as Test Reference Example 1.1 (Table 1)). The nine filters were assembled in three rows and three columns with the long sides B1 parallel to produce an assembly 9b having a circular cross section with a diameter of 8 Omm as shown in FIG. 6 (b).
  • Comparative Example 1-2 the long side 81 of each honeycomb filter 1 was changed to 32.7 mm, the short side B 2 was changed to 32.7 mm, and the length L was changed to 150 mm (Test Reference Example 1.1) the same as) .
  • the fifteen filters were assembled in three rows and five columns to produce an aggregate 9c having a substantially circular (160mm ⁇ 80rnm) cross section as shown in FIG. 6 (c).
  • Example 11 The same test as in Example 11 was performed on the two types of aggregates 9b and 9c. That As a result, the maximum temperature difference ⁇ T (° C) was about 50 ° C in Comparative Example 1-1, and the value was extremely J / J. In addition, there was no soot remaining in the honeycomb honeycomb nose F1 with no slip, and no cracks were observed.
  • was about 100 ° C., which was a very large value.
  • soot remained in the honeycomb filter F1 at the position of ⁇ , and cracks were observed.
  • Examples 1-2 an aggregate was used in which the filters of Test Example 2.2 (Table 2) were assembled as shown in Fig. 6 (a).
  • Comparative Examples 1-3 an aggregate in which the filters of Test Comparative Example 2.1 were assembled as shown in Fig. 6 (b) was used.
  • Comparative Examples 1-4 the aggregate of the filter of Test Comparative Example 2.1 assembled as shown in Fig. 6 (c) was used.
  • Table 7 the maximum temperature difference ⁇ was 60 ° C in Examples 1-2, while the temperature difference was 110 ° C or more in Comparative Examples 1-4, and T / A crack was found in the honeycomb filter at the position.
  • Example 2— In each of Examples 2 to 4, the aggregate 9 was produced basically in the same manner as in Comparative Examples 1-3.
  • Cell 1 2 5 honeycomb filters F 1 are arranged in parallel with the long side of cell 1 and 3 cells 1 2 are arranged vertically with 3 honeycomb filters F 1 vertically, and 15 honeycomb filters F 1 was assembled.
  • an assembly 9 d (16 OmmX 8 OmmX 150 mm) having a substantially circular cross section shown in FIG. 7A was manufactured.
  • Table 8 for Examples 2_2 to 2-4, cell 1
  • This honeycomb filter F1 After assembling in 3 rows and 5 columns, the outer shape was cut to produce a 9e (16 OmmX 8 OmmX 15 Omm) assembly having a substantially elliptical cross section as shown in Fig. 7 (b). .
  • Comparative Example 2-1 Comparative Example 2-1, Comparative Example 2-2, and Comparative Example 2-3, the maximum temperature difference ⁇ ⁇ (.C) was about 100 or more, and the value was very large. Soot remained in the honeycomb filter F1 at the position of ⁇ , and cracks were observed. In Comparative Examples 2-4, although the temperature difference was low, cracks were formed and cracks occurred.
  • Examples 2-5 to 2-8 the aggregates obtained by assembling the filters of Test Examples 4.1 to 4.4 (Table 4) as shown in FIG. 7A were used.
  • Comparative Examples 2-5 an aggregate in which the filters of Test Reference Example 4.1 were assembled as shown in Fig. 7 (b) was used.
  • Comparative Examples 2-6 and 2-7 the aggregates obtained by assembling the filters of Test Examples 4.1 and 4-2 as shown in FIG. 7 (c) were used.
  • Comparative Examples 2-8 an assembly in which the filters of the test Comparative Example 4.1 were assembled as shown in FIG. 7A was used.
  • This honeycomb filter F 1 is arranged with five honeycomb filters F 1 in parallel with D 2, three honeycomb filters F 1 are arranged vertically with D 2, and an aggregate of 15 honeycomb filters F 1 is formed. Assembled. Then, the outer shape was cut to produce an assembly having a substantially elliptical cross section 9i (160 mm X 80 mm X 150 mm) as shown in FIG. 8 (c). Comparative Example 3-3 was manufactured in the same manner as Comparative Example 3-2, and Comparative Example 3-4 was manufactured in the same manner as Example 3-1.
  • Example 3— :! 33-4 and Comparative Example 3—:! ⁇ 3-4 were examined for the maximum temperature difference T and the occurrence of cracks.
  • the maximum temperature difference ⁇ (t) was 91 ° or less in Examples 3-1 to 3-4, and the soot remained unburned in any of the honeycomb filters F1. No cracking was observed.
  • Comparative Example 3-1 Comparative Example 3-2, and Comparative Example 3-3, the maximum temperature difference ⁇ ( Is about 95 ° C or higher, the value is very large, soot remains in the honeycomb filter F1 at the position y, and cracks are observed. In Comparative Examples 3-4, although the temperature difference was low, cracks occurred.
  • Examples 3-5 to 3-8 an aggregate in which the filters of Test Examples 6.1 to 6.4 (Table 6) were assembled as shown in FIG. 8A was used.
  • Comparative Examples 3-5 an aggregate assembled as shown in FIG. 8B using the filter of Test Reference Example 6.3 was used.
  • Comparative Examples 3-6 and 3-7 the aggregates assembled as shown in FIG. 8 (c) with the filters of Test Examples 6.1 and 6.4 (Table 6) were used, respectively.
  • Comparative Examples 3-8 the aggregate assembled as shown in Fig. 8 (a) using the filter of Test Comparative Example 6.1 was used.
  • the maximum temperature difference in Examples 3-5 to 3-8 was 10 It or less.
  • the maximum temperature difference was 105 or more, and cracks occurred in the honeycomb filter at the position of y.
  • Comparative Examples 318 although the temperature difference was low, cracks occurred.
  • Comparative Examples 415 an assembly was basically produced in the same manner as in Comparative Examples 1-2, using the filter of Test Reference Example 2.1. However, in Comparative Example 4-5, the sealing material layer 1 5 a thickness E 1 of and l ram, the Shinore material layer 1 5 b of the thickness E 2 and 2mm, E 1 / ⁇ .2 - it was 0.5. (See Fig. 9 (c)).
  • Examples 4-16 to 10-10, Comparative Example 4-14 The aggregates of 4 to 4_6 were examined for the maximum temperature difference—the occurrence of T human cracks.
  • the temperature difference ⁇ — ⁇ was 80 in the example. C or less, and no soot remained in any of the honeycomb filters F1, and no cracking was observed.
  • the temperature difference T) 3— ⁇ is 100 ° C or more, the value is very large, and the honeycomb at the V position Soot remained in the filter F 1 and cracks were observed.
  • Comparative Examples 416 the temperature difference was reversed, and cracks occurred at the position of.
  • Example 5-1 to 5-4 an assembly was manufactured basically in the same manner as in Comparative Examples 1-2 using the filter of Test Reference Example 1.1.
  • the thermal conductivity G1 of the sealing material layer 15a was 0.2 W / m ⁇ K
  • the thermal conductivity G2 of the sealing material layer 15b was 0.3 WZm * K.
  • G 1 G 2 ⁇ 0.67. (See Figure 10 (a)).
  • Example 5-1 to 5-4 and Comparative examples 5-1 to 5-3 the temperature difference ⁇ 1 ⁇ and the occurrence of cracks were examined.
  • the temperature difference T j3 ⁇ ⁇ was 76 ° C. or less in Examples 5-1 to 5-4, and soot was burned in any of the honeycomb filters F 1. No cracks were found and no cracks were found.
  • Examples 5-5 to 5-8 and Comparative Examples 5-4 to 5-6 also basically use the filter of Test Reference Example 2.1 and follow the description in Table 11 Made.
  • the temperature difference ⁇ — ⁇ ⁇ is 80 ° C or less in Examples 5-5 to 5-8, and no soot remains in any of the honeycomb filters F1 and cracks occur. No live was found. However, in Comparative Examples 5-4 and 5-5, the temperature difference ⁇ - ⁇ : was 80 ° C or more, and the value was very large. Soot remained in F1 and cracks were observed. Further, in Comparative Examples 5-6, the temperature difference was reversed, and cracks occurred at the position (3).
  • Example 6-1 to 6-4 an assembly was manufactured basically in the same manner as in Comparative Examples 1-2 using the filter of Test Reference Example 1.1.
  • the thickness H1 of the outer peripheral sealing material layer 15c was 1.6 mm
  • the thickness H2 of the outer peripheral sealing material layer 15d was 1.5 mm
  • H2ZH 1-0.94 was adjusted so that the thickness of the outer peripheral sealing material layer gradually changed. Therefore, one of the thicknesses Hl and H2 is the maximum thickness and the minimum thickness of the outer peripheral sealing material layer.
  • the temperature difference T / 3- ⁇ was less than 73 in Examples 6-1 to 6-4, and the soot remained unburned in any of the honeycomb filters F1. No cracks were observed.
  • Comparative Example 6-1 and Comparative Example 6-2 the temperature difference — ⁇ - ⁇ ⁇ was 80 ° C or more, the value was very large, and the honeycomb filter / letter F 1 at the position of The soot was left unburned, and cracks were observed.
  • Comparative Example 6-3 the temperature difference was reversed, and cracks occurred at the position of.
  • Examples 6-5 to 6-8 and Comparative Examples 6-4 to 6-6 also have the same basic characteristics.
  • Example 2.1 the filter of Test Reference Example 2.1 in accordance with the description in Table 12.
  • Table 12 the temperature difference ⁇ - ⁇ a was determined in Examples 6-5 to 6-. In Fig. 8, the temperature was 80 ° C or less, and the soot remained in any honeycomb filter F1. No cracking was observed.
  • Example 7-1 assemblies were basically manufactured in the same manner as in Comparative Example 1-2, using the filter of Test Reference Example 1.1.
  • one of the thicknesses I 1 and I 2 is the maximum thickness and the minimum thickness of the heat insulating material.
  • the temperature difference ⁇ -Ta was 73 ° C or less in Examples 7-1 to 7-8, and soot remained unburned in any of the honeycomb filters F1. No cracking was observed.
  • Comparative Example 7-1 and Comparative Example 7-2 the temperature difference ⁇ - ⁇ was 80 ° C or more, and the value was very large. Soot was left unburned and cracks were found in the filter F 1. In Comparative Example 7-3, the temperature difference was reversed, and cracks occurred at the position) 3.
  • Example 7-4 to Example 11 and Comparative Example 7-4 to Comparative Example 7_6 also basically follow the description in Table 13 using the filter of Test Reference Example 2.1. Made.
  • the temperature difference T jS ⁇ ⁇ is 80 ° C. or less in Examples 7-4 to 7-6, and soot does not remain in the honeycomb filter F1 having a misalignment, and cracks occur. No live was found.
  • a plurality of ceramic filters F1 having a rectangular cross section are arranged so that the long side of the ceramic filter F1 is in the major axis direction of the aggregate 9 and the short side of the ceramic filter F1 is in the minor axis direction of the aggregate 9.
  • the assembly 9 is manufactured by bonding the ceramic filter F1 of FIG. This makes it possible to reduce the number of ceramic sealing material layers 15b that may affect heat conduction in the major axis direction of the aggregate 9. Therefore, during use, the thermal conductivity of the aggregate 9 in the major axis direction is higher than the thermal conductivity in the minor axis direction, and the peripheral filter F1 in the major axis direction is also easily heated. As a result, no unburned soot remains and cracks do not occur. In addition, since it can be easily achieved by changing the structure of ceramic of the same material without changing the material of the ceramic filter, cost can be reduced.
  • the cells 12 in the columnar honeycomb filter F1 are rectangular, and by changing the thickness of the cell walls orthogonal to each other, it is possible to bias the thermal conductivity on the cross section of the filter. That is, the thermal conductivity in the direction along the thicker cell wall can be higher than the thermal conductivity in the direction along the thinner cell wall.
  • a filter assembly can be made by making the major axis direction of the assembly and the thicker cell wall direction parallel, and conversely making the minor axis direction of the assembly and the thinner cell wall direction parallel.
  • the thermal conductivity in the major axis direction is higher than the thermal conductivity in the minor axis direction of the assembly, and the filter F1 in the peripheral portion in the major axis direction is easily heated. For this reason, there is no burning residue of soot, and cracks do not occur.
  • it can be easily achieved by changing the structure of ceramics of the same material without changing the material of the ceramic filter, so that the cost can be reduced.
  • the thermal conductivity in the major axis direction is higher than that in the minor axis direction of the assembly during use. Can be done. Therefore, the filter F1 in the peripheral portion in the long diameter direction is easily heated, so that no unburned soot is left, and no crack is generated. In addition, it can be easily achieved by changing the structure of ceramics of the same material without changing the material of the ceramic filter, so that the cost can be reduced.
  • the outer peripheral sealing material layer that hinders heat conduction is longer than the thickness H2 of the sealing material layer located on the shorter diameter extension line.
  • the thickness of the heat insulating material 10 that hinders heat conduction is the portion 16 b located on the extension of the minor axis of the assembly 9.
  • the thickness I1 of the portion 16a located on the extension of the major axis the radiation of heat from the peripheral part in the major axis direction is suppressed. Therefore, when used, a high heat insulating effect is generated in the peripheral portion of the aggregate in the major axis direction, soot remains unburned, and cracks do not occur.
  • the cost can be reduced.
  • the cross-sectional shape of the cell (through hole) of the columnar honeycomb filter made of a porous ceramic sintered body is rectangular, and the length of the long side is C l and the length of the short side is C.
  • the ratio is 2, if the ratio C 1 / C 2 is 3.0 or less, cracks due to thermal shock are unlikely to occur. Therefore, the cross-sectional shape of the cell (through-hole) is considered to be more similar to the thermal shock resistance of a square filter, and a filter cut necessary for uniformly heating the flat filter assembly 9 is provided. be able to.
  • the cell wall thickness of the columnar honeycomb filter made of porous ceramic sintered body consists of two types, the thick wall length is Dl, and the short wall length is D2. If the ratio D l ZD 2 is 3,0 or less, cracks due to thermal shock are unlikely to occur. For this reason, it is possible to provide a filter unit which is more likely to have the same thermal shock resistance as a filter having the same wall thickness, and is necessary for uniformly raising the temperature of the flat filter assembly 9.
  • the cross-sectional shape of the honeycomb filter F1 may be rectangular, and the internal cells 12 may be rectangular in the same direction.
  • the cross-sectional shape of the honeycomb filter F1 may be rectangular, and the thicker cell wall 13a of the inner cell walls 13a and 13b may be in the same direction as the long side.
  • the cells of the honeycomb filter may be rectangular, and the long side cell wall may be thicker than the short side cell wall.
  • the sealing material layer formed on the outer peripheral surface of the aggregate may be formed using two or more types of outer peripheral coating materials having different thermal conductivity.
  • the heat insulating material 10 may be formed on the outer peripheral surface of the aggregate using two or more heat insulating materials having different thermal conductivity.
  • Test reference example 5.2 1.5 0.37 1.87 18 34.03 0.4 0.37 1.08 '
  • Test reference example 5.3 1.5 0.3 1.8 18 32.7 0.3 0.3 1.00 ⁇
  • Test participant 6 2 1, 5 0.37 1.8 * 7 18 3403 0,4 0 37 1 1 08 None Test participant 6 3 1.5 0.3 1.8 18 32.7 0,3 0.3 1.00
  • Test Example 6 1 1.5 0.35 1, 85 18 33,65 0.4 0.35 1.14
  • FIG. 7 (b) Test Example 4.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 1.5 10 110 450 423 340 Yes Comparative Example 2-6 FIG 7 (c) Test Example 4.1 160 80 33 33 15 1.50 1.70 0.88 0.3 0.3 1.00 1.5 10 120 450 434 340 Yes Comparative Example 2-7 Figure 7 (c) Test Example 4.2 160 80 33 33 15 1.50 2.25 0.67 0.3 0.3 1.00 1.5 10 110 450 440 340 Yes Comparative Example 2 -8 Fig. 7 (a) Test comparison example 4.1 160 80 33 33 15 4.60 1.50 3.07 0.3 0.3 1.00 1.5 10 75 450 430 375 Yes
  • Example 4- ⁇ Figure 9 (a) Example 1.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 1.05 1.05 1.5 10 75 450 425 350 None Example 4-2 H9 (a) Example 1.1 160 80. 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 2 1 2 1.5 10 75 450 425 350 None Example 4-3 Figure 9 (a) ⁇ Example 1.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 3 1 3 1.5 10 65 450 415 350 None Example 4-4 Figure 9 (a) Test reference example 1.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 4 1 4 1.5 10 20 450 370 350 None Example 4-5 Figure 9 (a) trial Example 1.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 5 5 1.5 10 0 450 350 350 'None Comparative Example 4-1 H9 (b) Sample # 1.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 1 1 1.5 10 80 450 43Q 350 Yes 4 2
  • Example 4-6 Figure 9 (a) Test reference example 2.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 1.05 1.05 1 10 7 ⁇ 450 415 340
  • Example 4-7 Figure 9 (a) Test reference example 2.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 2 2 1.5 10 75 450 415 340 None
  • Example 4-9 Figure 9 (a ) test example 2.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 4 4 1.5 10 25 450 365 340 No example 4 10 FIG.
  • Example 5-1 Figure 10 (a) Test Reference Example 1.1 160 80 33 33 15 31.10 15.00 14.40 0.50 39.00 1 1 1 0.2 0.3 0.67 1.5 10 76 450 426 350 None Example 5-2 Figure 10 (a) Test Reference Example 1.1 160 80 33 33 15 34.00 7.50 19.00 0.50 39.00 1 1 1 0.15 0.3 0.50 1.5 10 75 450 425 350 None Example 5-3 Figure 10 (a) Test Reference Example 1.1 160 80 33 33 15 30.30 3.00 27.20 0.50 39.00 1 1 1 1 0.1 0.3 0.33 1.5 10 65 450 415 350 None Example 5-4 Figure 10 (a) Test Reference Example 1.1 160 80 33 33 15 31.30 0.50 28.70 0,50 39.00 1 1 1 0.06 0.3 0.20 1.5 10 0 450 "350 350 No Comparative Example 5 1 Figure 10 (b) Test Reference Example 1.1 160 80 33 33 15 23.30 30.20 7.00 0.50 39.00 1 1 1 0.3 0.3 1.00 1.5 10 80 450 430 350 Yes Comparative Example 5-2 Figure 10 (c) Test Reference

Description

明細書 排気ガス処理用セラミックフィルタ 関連出願
本出願は、 2 0 0 2年 3月 1 5日に出願された日本国特許出願 2 0 0 2 - 7 2 8 4 7号に基づく優先権主張出願である。 技術分野
本発明は、 排気ガス処理用セラミックフィルタに関し、 特に、 セラミック焼結 体からなる複数のフィルタを一体化したセラミックフィルタ集合体、 キヤニング 体、 及びその製造に使用可能な柱状ハニカムフィルタに関するものである。 従来の技術
自動車の台数は飛躍的に増加しており、 それに比例して自動車の内;^機関から 排出される排気ガスの量も急激な増加の一途を迪つている。 特にディーゼルェン ジンの出す排気ガス中に含まれる種々の物質は、 汚染を引き起こす原因となるた め、 現在では世界環境にとって深刻な影響を与えつつある。 また、 最近では排気 ガス中の微粒子'(ディーゼルパティキュレート) 力 ときとしてアレルギー障害 や精子数の減少を引き起こす原因となるとの研究結果も報告されている。 つまり
、 排気ガス中の微粒子を除去する対策を講じることが、 人類にとって急務の課題 であると考えられている。
このような事情のもと、 従来より、 多様多種の排気ガス浄ィヒ装置が提案されて いる。 一般的な排気ガス浄化装置は、 エンジンの排気マ二ホールド:に連結された 排気管の途上にケーシングを設け、 その中に微細な孔を有するフィルタを配置し た^ 造を有している。 フィルタの形成材料としては、 金属や合金のほか、 セラミ ックがある。 セラミックからなるフィルタの例としては、 コーディエライト製の ハニカムフィルタが知られている。 最近では、 耐熱性 ·機械的強度 ·捕集効率が 高い、 化学的に安定している、 圧力損失が小さい等の利点があることから、 多孔 質炭化珪素焼結体をフィルタ形成材料として用いることが多い。 (例えば、 特開 2 0 0 1 - 1 6 2 1 1 9号公報参照)
ハニカムフィルタは自身の軸線方向に沿って延びる多数のセル (貫通孔) を有 している。 排気ガスがフィルタを通り抜ける際、 そのセル壁によって微粒子がト ラップされる。 その結果、 排気ガス中から ¾粒子が除去される。
しかし、 多孔質炭化珪素焼結体製のハニカムフィルタは熱膨張が大きいため、 大型化するほど高温での使用中にフィルタにクラックが生じやすくなる。 よって 、 クラックによる破損を避ける手段として、 複数の小さなフィルタ片を一体ィ匕し て 1つの大きなセラミックフィルタ集合体を製造する技術が近年提案されている 上述の集合体を製造する一般的な方法を簡単に紹介する。
まず、 押出成形機の金型を介してセラミック原料を連続的に押し出すことによ り、 四角柱状のハニカム成形体を形成する。 ハニカム成形体を等しい長さに切断 した後、 その切断片を焼成してフィルタとする。 焼成後、 フィルタの外周面同士 をセラミツク質シール材層を介して接着することにより、 複数のフィルタを束ね て一体化する。 以上の結果、 所望のセラミックフィルタ集合体が完成する。 そし て、 セラミックフィルタ集合体の外周面には、 セラミックファイバ等からなるマ ット状の断熱材が巻き付けられる。 この状態で、 集合体は排気管の途上に設けら れたケ一シング内に収容される。
[特許文献 1 ]
特開 2 0 0 1— 1 6 2 1 1 9号公報
ところが、 一体構造でかつ略楕円形のような扁平な断面有するフィルタの場合 、 集合体の中央部に位置するフィルタよりも、 外周部に位置するフィルタでクラ ックが生じやすくなることが発見された。 何度か再生を繰り返した後のフィルタ 集合体を分割して観察してみると、 外周部に位置するフィルタに若干ススの燃え 残りがあることが初めて見つかった。 このことから、 個々のハ-カムフィ /レタの 間には少なからず温度差が生じていて、 一度の再生処理で再生される程度に差が 生じ、 燃え残ったススによって、 次の捕集量に差が生じ、 再生時にスス量の差に 起因する熱応力が働くことによってハニカムフィルタにクラックが発生すること が推定されたのである。 発明の開示
本発明の目的は、 強度に優れたセラミックフィルタ集合体を提供することにあ る。 本発明の別の目的は、 それを作るのに好適な柱状ハエカムフィルタを提供す ることにある。
本発明者は、 排気ガス浄化装置がフィルタよりも小さい内径を有する配管を介 して排気ガスを放出するエンジンと接続されているものであって、 その配管がフ ィルタの直前で、 円錐状に広げられている場合に、 フィルタ集合体の中央部と外 周部との間に温度の差が生じていることにまず着目した。
また、 本願発明者は、 略楕円形の #な扁平形状のフィルタ集合体の場合におい. ては、 中央部からの離間距離の相違により、 長径方向における外周部と短径方向 における外周部との間で、 かなりの温度差が生じていることにも着目した。 そし てこの温度差が、 フィルタ集合体の一様な再生を妨げ、 ススの燃え残りの発生を 引き起こし、 ひいてはフィルタの強度限界を越えることによるクラックの発生の 原因であることを見出した。
これらの知見に基づき、 本発明者は、 一様な温度上昇が可能となる扁平なフィ ルタ集合体を完成させるベく試験 ·研究を行った。 すると、 ある条件を満たすよ うにセラミックフィルタ集合体を製作すれば、 熱応力が緩和されることによって 、 強度に優れたセラミックフィルタ集合体が得られることがわかった。
即ち、 中央部から外周部まで一様に熱を伝えるためには、 短径方向への熱伝導 性よりも長径方向への熱伝導性を向上させる条件、 または、 特に集合体周辺部に おいて短径方向よりも長径方向の断熱効果を増す条件を満たせばよいという結論 に到達した。
本発明は、 多孔質セラミック焼結体からなる複数の柱状ハニカムフィルタをセ ラミック質シール材層を介して接着することにより一体化され、 前記複数のハニ カムフィルタの端面に対して平行に切断したときの断面形状が略楕円形であるセ ラミックフィルタ集合体が提供される。
第 1の態様では、 複数のハニカムフィルタは、 前記端面に対して平行に切断し たときの断面形状が長方形であり、 その長方形における長辺の長さ B 1及ぴ短辺 の長さ B 2の比 B 1 Z B 2が 1 . 1〜3 . 0であるハニカムフィルタを含む。 当 該ハニ力ムフィルタは、 当該ハニカムフィルタの長辺と短辺が前記集合体の長径 と短径に対してそれぞれ平行になるように配置されている。
本発明の第 2の態様では、 各ハニカムフィルタは当該; 7ィルタの軸線に沿って 延びる複数の長方形のセルを有するとともに、 各セルの長辺の長さ C 1と短辺 C 2の長さの比 C 1 / C 2が 1 . 1〜3 . 0である。 複数のハニカムフィノレタは、 前記集合体の長径に対して前記セルの長辺が平行で、 かつ、 前記集合体の短径に 対して前記セルの短辺が平行になるように配置されている。
第 3の態様では、 各ハニカムフィルタは、 互いに直交する相対的に厚いセル壁 と相対的に薄いセル壁によつて区画される、 当該フィルタの軸線に沿つて延びる 複数の矩形セルを有し、 前記複数のハニカムフィルタは、 前記相対的に厚いセル 壁が前記集合体の長径に対して平行になり、 かつ、 前記相対的に薄いセル壁が前 記集合体の短径に対して平行になるように配置されている。
第 4の態様では、 セラミック質シール材層は前記集合体の長径と平行に延びる 第 1のシール材層と、 前記集合体の長径に対して直交して延びる第 2のシ一/レ材 層とを含み、 前記第 1のシール材層は前記第 2のシール材層よりも厚い。
第 5の態様では、 前記セラミック質シール材層は、 前記集合体の長径と平行な 第 1のシール材層と、 前記集合体の長径に対して直交する第 2のシール材層とを 含み、 前記第 1のシール材層の熱伝導率は前記第 2のシール材層の熱伝導率より も低い。
第 6の態様では、 セラミックフィルタ集合体は当該集合体の外周に形成された セラミック質からなる外側シール材層を更に備える。 当該外側シール材層は前記 集合体の長径の延長線上に位置する第 1部分が前記集合体の短径の延長線上に位 置する第 2部分よりも厚い。
第 7の態様では、 多孔質セラミック焼結体からなる複数の柱状ハニカムフィル タをセラミック質からなる内部シール材層を介して接着することにより一体化さ れ、 前記複数のハニカムフィルタ端面に対して平行に切断したときの断面形状が 略楕円形であるセラミックフィルタ集合体と、 前記セラミックフィルタ集合体を 収容する筒状ケーシングと、 前記ケーシングと前記セラミックフィルタ集合体と の間に配置される断熱材とをからなるキヤニング体が提供される。 断熱材は前記 集合体の長径の延長線上に位置する第 1部分と、 前記集合体の短径の延長躡上に 位置する第 2部分とを有し、 前記第 1部分が前記第 2部分よりも厚い。
第 8の態様では、 多孔質セラミック焼結体からなる柱状ハニカムフィルタが提 供される。 当該ハニカムフィルタは、 その端面に対して平行に切断したときの断 面形状が長方形であり、 その長方形における長辺の長さ B 1及ぴ短辺の長さ B 2 の比 B 1 ZB 2が 3 . 0以下である。
第 9の態様では、 柱状ハニカムフィルタは、 その軸線方向に沿って延びる複数 のセルと、 端面とを有し、 各セルは前記端面に対して平行に切断したときの断面 形状が長方形状であり、 各セルの長辺の長さを C 1で表し、 短辺の長さを C 2で 表したとき、 比 C 1 ZC 2が 3 . 0以下である。
第 1 0の態様では、 多孔質セラミック焼結体からなる柱状ハエカムフィルタは 当該ハニカムフィルタの軸線方向に沿って延びる複数の矩形セルを有し、 各矩形 セルは互いに直交する相対的に厚いセル壁と相対的に薄いセル壁によって区画さ れていることを特徴とする柱状ハニカムフィルタ。
第 1 1の態様では、 略楕円形の断面形状を有するセラミックフィルタ集合体に おいて、 前記略楕円形の輪郭線と交差する 2点の間の距離が最大となる第 1の直 線を想定するとともに、 前記第 1の直線と直交する関係にある直線であって、 前 記略楕円形の輪郭線と交差する 2点の間の距離が最大となる第 2の直線を想定し た場合、 前記集合体の第 1の直線が横切る前記シール材層の数が、 前記第 2の直 線が横切る前記シール材層の数以下である。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の一実施形態に従うセラミックフィルタ集合体を備えた排気ガ ス浄化装置の概略図。
図 2は、 図 1のセラミックフィルタ集合体の斜視図。
図 3 ( a ) は断面が長方形のハニカムフィルタの斜視図。
図 3 ( b ) は長方形のセルを有するハニカムフィルタの斜視図。 図 3 (c) は、 各々が互いに直交しかつ厚みの異なるセル壁によって区画され る複数のセルを有するハニカムフィルタの斜視図。
図 4は、 図 1の排気ガス浄化装置の断面図。
図 5 (a) 乃至図 5 (e) は、 セラミックフィルタ集合体の断面形状を示す。 図 6 (a) は断面が長方形のハニカムフィルタから形成されたフィルタ集合体 の側面図。
図 6 (b) 及び図 6 (c) は断面が正方形のハニカムフィルタから形成された フィルタ集合体の側面図。
図 7 (a) 、 図 7 (b) 、 図 7 (c) は互いに異なる形状のセルを有するハニ カムフィルタから形成されたフィルタ集合体の側面図。
図 8 (a) 、 図 8 (b) 、 図 8 (c) は互いに異なる厚みのセル壁を有するハ -カムフィルタから形成されたフィルタ集合体の側面図。
図 9 (a) 、 図 9 (b) 、 図 9 (c) は異なる厚みのシール材層により一体化 されたブイルタ集合体の側面図。
図 1 0 (a) は、 異なる熱伝導のシール材層により一体ィ匕されたフィルタ集合 体の側面図。
図 1 0 (b) は、 不均一な厚みの外側シール材層を備えたフィルタ集合体の側 面図。
図 1 0 (c) は、 不均一な厚みの断熱材を備えたフィルタ集合体の側面図。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の一実施形態の排気ガス浄ィヒ装置 1について説明する。
図 1に示されるように、 この排気ガス浄化装置 1は、 内燃機関としてのディー ゼルェンジン 2から排出される排気ガスを浄化するための装置である。 ディーゼ ルエンジン 2は、 図示しない複数の気筒を備えている。 各気筒には金属材料から なる排気マ二ホールド 3の各分岐管 4が連結されている。 各分岐管 4は 1本のマ 二ホールド本体 5に接続されている。 従って、 各気筒から排出された排気ガスは 一箇所に集中する。
排気マ二ホールド 3の下流には、 金属材料からなる第 1排気管 6及ぴ第 2排気 管 7が配設されてレ、る。 第 1排気管 6の上流端は、 マ-ホールド本体 5に連結さ れている。 第 1排気管 6と第 2排気管 7との間には、 同じく金属材料からなる筒 状のケーシング 8が配設されている。 ケーシング 8の上流端は第 1 気管 6の下 流端に連結され、 ケーシング 8の下流端は第 2排気管 7の上流端に連結されてい る。 第 1排気管 6、 ケーシング 8及び第 2排気管 7の内部を排気ガスが流れる。 図 1に示されるように、 ケーシング 8の中央部は排気管 6 , 7よりも大径であ る。 従って、 ケーシング 8の内部領域は、 排気管 6 , 7の内部領域に比べて広く なっている。 ケーシング 8内には、 セラミックフィルタ集合体 9が収容されてい る。 セラミックフィルタ集合体 9をケーシング 8に収容した排気ガス浄化装置 1 のことをキヤニング体と呼ぶ。
集合体 9の外面とケーシング 8の内面との間には、 断熱材 1 0が配設されてい る。 断熱材 1 0はセラミックファイバを含んで形成されたマット状物であり、 そ の厚さは 2 mn!〜 6 O mmである。 断熱材 1 0は弾性構造を有し、 熱応力を解放 する機能があることが望ましい。 断熱材 1 0は集合体 9の最外周部から熱が逃げ ることを防止することにより再生時のエネルギー口スを最小限に抑えることがで きるし、 弾性構造を有しているため排気ガスの圧力や走行による振動等のもたら すセラミックフィルタ集合体 9の位置ずれを防止することができる。
本実施形態のセラミックフィルタ集合体 9は、 上記のごとくディーゼルパティ キュレートを除去するものであるため、 一般にディーゼルパティキュレートフィ ルタ (D P F ) と呼ばれる。 図 2 , 図 4に示されるように、 本実施形態の集合体 9は、 複数個のハニカムフィルタ F 1を束ねて一体化することによって形成され ている。 複数個のハニカムフィルタ F 1の内、 集合体 9の'中心部分に位置するハ ェカムフイノレタ F 1は、 図 3 ( a ) 〜図 3 ( c ) に示されるように、 いずれも四 角柱状である。 四角柱状のハニカムフィルタ F 1の周囲には、 四角柱状でない異 型のハニカムフィルタ F 1が複数個配置されている。 その結果、 全体としてみる と、 断面を略楕円形とした略楕円柱状のセラミックフイノレタ集合体 9が構成され ている。
本実施形態の集合体 9の断前形状は、 略楕円形となっている。 「略楕円形 J と は、 図 5 ( a ) の如く、 曲線ばかりで構成された楕円のみに限定されるものでは ない。 例えば、 図 5 (b) に示すような部分的に直線を含む、 より具体的には一 対の互いに平行な直線を含むような扁平な楕円形状も含めまれる。 直線部分は 1 箇所のみにあってもよいほか、 3箇所以上にあってもよい。 ちなみに 「扁平形状 J には、 図 5 (a) , 図 5 (b) 、 図 5 (c) , 図 5 (d) , 図 5 (e) のよう な形状が含まれる。 集合体 9の長径、 短径の長さをそれぞれ A 1, A 2 (A 1 > A 2) とする。 もし、 略楕円形が楕円であるならば、 焦点を通る長軸が長径であ り、 それに直交する短軸が短径となる。 ここで、 寸法 Al, A 2は、 500mm 以下であることが望ましい。 寸法 Al, A 2が 50 Ommより大きい場合、 十分 な強度を有する集合体を製造することは困難である。
ここで、 各ハニカムフィルタ F 1の長さ L (mm) は、 被処理流体であるお気 ガスの流れ方向 (フィルタ端面に対して直交する方向) に沿った寸法と定義する 。 また、 各ハニカムフィルタ F 1を排気ガスの流れ方向に対して垂直に切断した とき (言い換えるとフィルタ端面に対して平行に切断したとき) の断面形状は長 方形である。 ハニカムフィルタ F 1の断面の長辺、 短辺の長さ (外形寸法) をそ れぞれ B l, B 2 (B 1≥B 2) とする。 各寸法 B 1 , B 2は 1 10 mm以下で あることが望ましい。 寸法 B l, B 2が 1 1 Ommより大きいと、 フィ^ /タ F 1 の強度が著しく弱くなるからである。
B 1 ZB 2の比は 3以下であることが望ましい。 B 1 2の比が 3より大き くなると、 熱衝撃によって、 フィルタ F 1に熱応力が作用しやすくなり、 クラッ クが生じやすくなるからである。
ノ、二カムフィルタ F 1は、 多孔質セラミック焼結体の一種である多孔質炭化珪 素焼結体製である。 炭化珪素焼結体を採用した理由は、 他のセラミックに比較し て、 とりわけ耐熱性及ぴ熱伝導性に優れるという利点があるからである。 炭化珪 素以外の焼結体として、 例えば窒化珪素、 サイアロン、 アルミナ、 コーディエラ イ ト、 ムライ ト等の焼結体を選択することもできる。
なお、 上述したセラミックに金属珪素を配合した珪素含有セラミック、 珪素や. 珪酸ィ匕合物で結合されたセラミックも用いることができる。 なぜなら、 金属珪素 によって、 セラミックの熱衝撃等によるクラックが防止することができるからで ある。 炭化珪素 100重量部に対して、 金属珪素を 5〜 50重量部入れることが好ま しい。 金属珪素が少ないと、 フィルタ F 1の接着強度が低下し、 多すぎるとフィ ルタ F 1の緻密化がすすみ、 フィルタとして必要な特性が得られない。
図 3 (a) 〜図 3 ( c ) 等に示されるように、 各ハニカムフィルタ F 1はいわ ゆるハニカム構造体である。 ハニカム構造体を採用した理由は、 微粒子の捕集量 が増カ卩した kきでも庄力損失が小きいという利点があるからである。 各—へ-力ム フィルタ F 1には、 断面形状が長方形状である複数のセル 1 2 (貫通孔) がその 軸線太向にぬ て親則的に开成; &れている。 各セ ' 1 2の長太形.伏斩面の辺; R ( 内径) を C I, C 2 (C 1≥C 2) と定義する。 各セル 1 2は薄いセル壁 1 3 a , 1 3 bによって互いに仕切られている。 セル壁 1 3 a , 13 bの厚みをそれぞ れ D l, D 2 (D 1≥D 2) と定義する。
比 C 1ZC 2は 3以下であることが望ましい。 比 C 1/C 2が 3より大きくな ると、 熱衝撃によつて、 ンイノレタ t 丄に熱 、力が掛かりやすくなり、 クウヅクが 生じやすくなるからである。
比 D 1 ZD 2は 3以下であることが望ましい。 比 D 1 D 2が 3より大きくな ると、 熱衝撃によって、 フィルタ F 1に熱応力が掛かりやすくなり、 クラックが 生じやすくなるからである。
セル壁 1 3 a, 13 bには、 白金族元素 (例えば P t等) やその他の金属元素 及ぴその酸ィ匕物等からなる酸ィヒ触媒が担持されている。 各セル 12はフィルタ F 1のいずれか一方の端面 9 α, 9 の側において封止体 14 (ここでは多孔質炭 化珪素焼結体) により封止されている。 封止されたセル 1 2により、 端面 9 α, 9 i3に巿松模様が形成される。 セル 1 2の密度は約 200個/平方インチである ことが好ましい。 約半数のセル 1 2は上流側端面 9 αにおいて開口し、 残りのセ ル 1 2は下流側端面 9 において開口している。 なお、 セル 1 2の辺長 C I, C 2は、 0. 5mm〜5. 0 mmに設定するのが望ましい。 寸法 C 1 , C2が 5. 0 mmよりも大きいとセル壁 13 a, 1 3 bの濾過面積が小さくなり、 フィルタ F 1の性能が低下する。 一方、 寸法 C l, 。 2が0. 5 mmよりも小さいと、 フ ィルタ F 1の製造が非常に困難である。 また、 セル壁 1 3 a, 1 3 bの厚さ D l , D 2は 0. 1〜0. 5 mmに設定するのが望ましい。 なぜなら、 寸法 D l, D 2カ 0. 5 mmより大きいと、 フィルタ F 1に起因する流体抵抗 (圧損) が高く なり、 好ましくない。 一方、 寸法 D 1, 02が0. 1mmより小さいと、 フィル タ F 1の強度が不十分となる。
ハニカムフィノレタ F 1の平均気孔径は 1 μ m〜 50 m, さらには 5 μ π!〜 2 0 μηιであることが好ましい。 平均気孔径が 1 /zm未満であると、 微粒子の堆積 によるハニカムフィルタ F 1の目詰まりが著しくなる。 一方、 平均気孔径が 50 μΐηを越えると、 細かい微粒子を捕集することができなくなるため、 捕集効率が 低下してしまう。
ハニカムフィルタ F 1の気孔率は 30 %〜 80 %、 さらには 40 %〜 60 %で あることが好ましい。 気孔率が 30%未満であると、 ハニカムフィルタ F 1が緻 密になりすぎてしまい、 内部に排気ガスを流通させることができなくなるおそれ がある。 一方、 気孔率が 80%を越えると、 ハニカムフィルタ F 1中に空隙が多 くなりすぎてしまうため、 強度的に弱くなりかつ微粒子の捕集効率が低下してし まうおそれがある。
多孔質炭化珪素焼結体を選択した場合においてハュカムフィルタ F 1の熱伝導 率は、 · K〜8 OW/m · Kであることがよく、 さらには 3 OW/m · K〜7 OW/m · Kであることが特によい。
図 2、 図 4、 図 10 (a) に示されるように、 ハニカムフィルタ F 1は、 外周 面同士がセラミック質シール材層 15 a, 1 5 bを介して互いに接着されている 。 セラミック質シール材層 1 5 a , 1 5 bは、 互いに平行なものは同じ種類とし て定義する。 以下、 集合体 9の長辺と平行となるセラミック質シール材層を 1 5 a、 その厚みを E l、 熱伝導率を G 1とし、 集合体 9の短辺と平行となるセラミ ック質シール材層を 1 5 b、 その厚みを E 2 (E 1≥E 2) 、 熱伝導率を G2と 定義する。 この時、 比 E lZE 2は 5以下であることが望ましい。 比 E 1/E2 が 5より大きくなると、 熱の伝導のしゃすさが短辺方向と長辺方向とで逆転して しまうために、 集合体 9の均一な昇温が困難になる。 比 E 1/E 2が 1. 05以 上であることが望ましい。 比 E 1/E 2が 1. Ο β未満になると、 長辺方向の熱 伝導が起こりにくくなり、 集合体 9の均一な昇温が困難となって、 ススが燃えの こり、 ひいては、 クラックが生じやすくなる。 一方、 シール材層 15 aと 15 bの厚みを等しくする場合、 シール材層 15 a と 15 bの組成 (配合) を互いに異ならせることにより、 両シール材層 1 5 a、 15 bの熱伝導率 Gl、 G 2を調整してもよい。 この場合、 比 G1ZG2は 0. 20以上であることが望ましい。 比 G1ZG2が 0. 20より小さくなると、 熱 の伝導のしゃすさが短辺方向と長辺方向とで逆転してしまうために、 集合体 9の 均一な昇温が困難になる。 比 G1ZG2は 0. 7以下であることが望ましい。 比 G 1ZG 2力 SO. 7より大きくなると、 長辺方向の熱伝導が起こりにくくなり、 集合体 9の均一な昇温が困難となって、 ススが燃えのこり、 ひいては、 クラック が生じやすくなる。
ここで、 本実施形態のセラミック質シール材層 15 a, 15 bについて詳細に 述べる。
シール材層 15 a, 15 bの厚さ E l, £2は0. 3 mn!〜 3 mmであること が好ましく、 さらには 0. 5 mm〜 2 mmであることがより好ましい。 厚さ E 1 , E 2が 3mmを超えると、 たとえ熱伝導率が高くてもシール材層 1 5 a, 15 bの熱抵抗が大きく、 ハニカムフィルタ F 1間の熱伝導が阻害されてしまう。 し かも、 集合体 9においてハニカムフィルタ F 1部分の占める割合が相対的に減る ため、 濾過能力の低下につながってしまう。 逆に、 シール材層 15 a, 15 bの 厚さ E 1, £ 2が0. 3 mm未満であると、 大きな熱抵抗にはならない反面、 ハ 二カムフィルタ F 1同士を接着する力が不足してしまい、 集合体 9が破壌されや すくなる。
シール材層 15 a, 15 bは、 少なくとも無機繊維、 無機バインダ、 有機バイ ンダ及ぴ無機粒子からなり、 かつ三次元的に交錯する前記無機繊維と無機粒子と を、 前記無機バインダ及び有機パインダを介して互いに結合してなる弾性質素材 からなることが望ましい。
シール材層 15 a, 15 bに含まれる無機繊維としては、 シリカ一アルミナフ アイバ、 ムライ トファイバ、 アルミナファイバ及びシリカファイバから選ばれる 少なく とも 1種以上のセラミックファイバが挙げられる。 これらのなかでも、 特 にシリカ一アルミナセラミックファイバを選択することが望ましい。 シリカーァ ルミナセラミックファイバは、 弹性に優れるとともに熱応力を吸収する作用を示 すからである。
シ一ル材層 1 5 a, 1 5 bにおけるシリカ一アルミナセラミックファイバの含 有量は、 固形分で 1 0重量%〜 7 0重量%、 好ましくは 1 0重量%〜 4 0重量% 、 より好ましくは 20重量%〜30重量%である。 シリカ一アルミナセラミック ファイバの含有量が 1 0重量%未満であると、 弾性体としての効果が低下する。 —方、 シリカ一アルミナセラミックファイバの含有量が 70重量0 /0を超えると、 熱伝導率の低下を招くばかりでなく、 弾力性も低下する。
シリカ一ァ ミナセラミックファイバにおけるショット含有量は、 1重量0/。〜 1 0重量%、 好ましくは 1重量%〜 5重量%、 より好ましくは 1重量%〜 3重量 %である。 ショット含有量を 1重量%未満にすることは、 製造上困難である。 一 方、 ショット含有量が 50重量%を超えると、 ハエカムフィルタ F 1の外周面が 傷付きやすい。
シリカ一アルミナセラミックファイバの繊維長は、 l /xm〜1 00mm、 好ま しくは 1 μπι〜5 0ηιιη、 より好ましくは 1 μ m~ 20 mmである。 繊維長力 S 1 /zm未満であると、 弾性構造体を形成す.ることができないからである。 繊維長が 1 0 Ommを超えると、 繊維が毛玉化して無機微粒子の分散性が悪ィヒするからで ある。 また、 シール材層 1 5 a, 1 5 bを 3mm以下に薄くすることが困難にな り、 ハニカムフィルタ F 1間の熱伝導性の改善を図れなくなるからである。
シール材層 1 5 a, 1 5 bに含まれる無機パインダとしては、 シリカゾル及ぴ アルミナゾルから選ばれる少なくとも 1種以上のコロイダルゾルが望ましい。 そ のなかでも、 特にシリカゾルを選択することが望ましい。 その理由は、 シリカゾ ルは入手しやすく、 焼成により容易に S i 02となるため、 高温領域での接着剤 として好適だからである。 しかも、 シリカゾルは絶縁性に優れているからである シール材層 1 5 a, 1 5 bにおけるシリ力ゾルの含有量は、 固形分で 1重量% 〜 3 0重量%、 好ましくは 1重量%〜 1 5重量%、 より好ましくは 5重量%〜 9 重量%である。 シリカゾルの含有量が 1重量%未満であると、 接着強度の低下を 招く。 逆に、 シリカゾルの含有量が 3 0重量%を超えると、 熱伝導率の低下を招 シール材層 1 5 a, 1 5 bに含まれる有機パインダとしては親水性有機高分子 が好ましく、 ポリビニルァノレコール、 メチルセルロース、 ェチルセノレロース及び カルボキシメチルセルロースから選ばれる少なくとも 1種以上の多糖類がより好 ましい。 これらのなかでも、 特にカルボキシメチルセルロースを選択することが 望ましい。 その理由は、 力/レポキシメチノレセノレロースは、 シーノレ材層 1 5 a, 1 5 bに好適な流動性を付与するため、 常温領域において優れた接着性を示すから である。
シール材層 1 5 a, 1 5 bにおけるカルボキシメチルセルロースの含有量は、 固形分で 0. 1重量%〜5. 0重量%、 好ましくは 0. 2重量%〜1. 0重量% 、 より好ましくは 0. 4重量。/。〜 0. 6重量%である。 カルボキシメチルセル口 ースの含有量が 0. 1重量0 /0未満であると、 十分にマイグレーションを抑制する ことができない。 なお、 「マイグレーション」 とは、 被シール体間に充填された シール材層 1 5 a, 1 5 bが硬ィ匕する際に、 シール材層 1 5 a , 1 5 b中のパイ ンダが、 溶媒の乾燥除去に伴って移動する現象のことをいう。 一方、 カルボキシ メチルセルロースの含有量が 5. 0重量%を超えると、 高温によって有機パイン ダが焼失し、 シール材層 1 5 a, 1 5 bの強度が低下する。
シール材層 1 5 a , 1 5 bに含まれる無機粒子としては、 炭化珪素、 窒化珪素 及ぴ窒化硼素から選ばれる少なくとも 1種以上の無機粉末またはゥイスカーを用 いた弾性質素材であることが好ましい。 このような炭化物や窒化物は、 熱伝導率 が非常に大きく、 セラミックファイバ表面ゃコロイダルゾルの表面及ぴ内部に介 在して熱伝導性の向上に寄与する。
上記炭化物及ぴ窒化物の無機粒子のなかでも、 特に炭化珪素粉末を選択するこ とが望ましい。 その理由は、 炭化珪素は熱伝導率が極めて高いことに加え、 セラ ミックファイバと馴染みやすいという性質があるからである。 しかも、 本実施形 態では、 被シール体であるハニカムフィルタ F 1が同種のもの、 即ち多孔質炭化 珪素製だからである。
炭化珪素粉末の含有量は、 固形分で 3重量%〜80重量%、 好ましくは 1 0重 量%〜 60重量。 /0、 より好ましくは 2 0重量%~ 40重量%である。 炭化珪素粉 末の含有量が 3重量%未満であると、 シール材層 1 5 a, 1 5 の熱伝導率の低 下を招き、 シール材層 1 5 a , 1 5 bが依然として大きな熱抵抗となる。 一方、 含有量が 8 0重量%を超えると、 高温時における接着強度の低下を招く。
炭化珪素粉末の粒径は、 0 . 0 1 μ ηι〜: I 0 O m、 好ましくは 0 . 1 μ π!〜 1 5 μ m、 より好ましくは 0 . 1 μ m〜 1 0 mである。 粒径が 1 0 0 mを超 えると、 接着力及ぴ熱伝導性の低下を招くからである。 一方、 粒径が 0 . 0 1 μ m未満であると、 シール材層 1 5 a, 1 5 bのコス ト高につながる。
次に、 上記のセラミックフィルタ集合体 9を製造する手順を説明する。
まず、 押出成形工程で使用するセラミック原料スラリー、 端面封止工程で使用 する封止用ペースト、 フィルタ接着工程で使用するシール材層形成用ペーストを あらかじめ作製しておく。
セラミック原料スラリーとしては、 炭化珪素粉末、 有機パインダ及ぴ水 (場合 によっては更に金属珪素) を所定量ずつ配合し、 かつ混練したものを用いる。 封 止用ペース トとしては、 炭化珪素粉末、 有機パインダ、 潤滑剤、 可塑剤及び水を 配合し、 かつ混練したものを用いる。 シール材層形成用ペーストとしては、 無機 繊維、 無機バインダ、 有機バインダ、 無機粒子及び水を所定分量ずつ配合し、 か つ混練したものを用いる。
次に、 前記セラミック原料スラリ一を押出成形機に投入し、 かつ金型を介して それを連続的に押し出す。 押出成形されたハニカム成形体を等しい長さに切断し 、 四角柱状のハニカム成形体切断片を得る。 さらに、 切断片の各セルの片側開口 部に所定量ずつ封止用ペーストを充填し、 各切断片の両端面を封止する。
続いて、 温度 ·時間等を所定の条件に設定して本焼成を行い、 ハニカム成形体 切断片及ぴ封止体 1 4を完全に焼結させる。 なお、 平均気孔径を 6 /X m〜 1 0 0 ;i mとしかつ気孔率を 3 0 %〜 8 0 %とするために、 本実施形態では焼成温度を 1 4 0 0 °C〜2 3 0 0でに設定している。 また、 焼成時間を 0 . 1時間〜 5時間 に設定している。 また、 焼成時の炉内雰囲気を不活性雰囲気とし、 そのときの雰 囲気の圧力を常圧としている。
次に、 必要に応じてハニカムフィルタ F 1の外周面にセラミック質からなる下 地層を形成した後、 さらにその上にシール材層形成用ペーストを塗布する。 そし て、 このようなハニカムフィルタ F 1を 4〜1 3 0個用い、 その外周面同士を互 いに接着して一体ィ匕する。
続く外形力ット工程では、 前記フィルタ接着工程を経て得られた断面正方形状 の集合体 9の外周部における不要部分を研削して除去し、 外周部にセラミック質 シール材層形成用ペーストを塗布して、 外側セラミック質シーノレ材層を形成し、 外形を整える。 その結果、 断面略楕円形状のセラミックフィルタ集合体 9が製造 される。
ここで、 外側セラミック質シール材層について説明する。 一般的な外側'セラミ ック質シ一ル材層の厚みは均一である。 本実施形態では、 図 10 (b) に示すよ うに、 外側セラミック質シール材層のうち、 集合体 9の長辺に接触する部分を 1 5 c、 集合体 9の短辺に接触する部分を 1 5 dと定義し、 部分 1 5 cの厚みを H 1、 部分 1 5 dの厚みを H2と定義する。
ここで、 集合体 9の種類によっては、 研削加工により集合体 9の周面にセル 1 2すなわち凹部が露出する。 この場合、 セラミック質シール材層の厚みは露出し たセル 12のセル壁 1 3 a, 1 3 bを結ぶ曲面からの距離と定義する。
また、 部分 1 5 cと部分 15 dの間の中間部の厚みは緩やかに変化するように セラミツク質シール材層形成用ペーストを塗布した。 セラミック質シール材層の 厚みの調整はペーストの塗布後の加工でも可能であるし、 そのような厚みを有す る金型にセラミックシール材を注入して、 乾燥させてシール材層を形成してもよ い。
この時、 H 2 /"HIの比が 0. 95以下であることが望ましい。 比 H2ZH1 が 0. 95より大きくなると、 長辺方向のフィルタが冷めやすくなり、 集合体 9 の均一な昇温が困難となって、 ススが燃えのこり、 ひいては、 クラックが生じや すくなる。
比 H2/H1は 0. 06以上であることが望ましい。 比 H2/H1は 0. 06 未満になると、 熱の放熱しやすさが短辺方向と長辺方向とで逆転してしまうため に、 集合体 9のの均一な昇温が困難になる。
なお、 集合体 9は断熱材 10 (図 1、 図 1 0 (c) 参照) に巻かれてケーシン グ 8に収容される。 なお、 断熱材は通常均一の厚みを有する。 本実施形態では、 断熱材の厚みを集合体 9の長辺に接触する部分 1 6 aと、 集合体 9の短辺に接触 する部分 16 bとで異なっている。 以下の説明では部分 16 aの厚みを I 1、 部 分 16 bの厚みを I 2と定義する。
1 2ノ1 1の比は0. 91以下であることが望ましい。 比 I 2ZI 1が 0. 9 1より大きくなると、 長辺方向の外側付近のフィルタ F 1が冷めやすくなり、 集 合体 9の均一な昇温が困難となって、 ススが燃えのこり、 ひいては、 クラックが 生じやすくなる。 逆に、 比 I 2ZI 1は 0. 30以上であることが望ましい。 比 I 2/1 1が 0. 30未満になると、 熱の放熱のしゃすさが短辺方向と長 方向 とで逆転してしまうために、 集合体 9の均一な昇温が困難になる。
なお、 断熱材 10としては、 一般的なセラミックファイバ、 アルミナファイバ 、 アルミナシリケートファイバで構成されているマツ トを使用することができる 次に、 セラミックフィルタ集合体 9による微粒子トラップ作用について簡単に 説明する。
排気ガスはセラミックフィルタ集合体 9の上流側端面 9 «から供給され、 上流 側端面 9 αにおいて開口するセル 12内に流入する。 この排気ガスはセル壁 13 a, 13 bを通過し、 隣接している、 下流側端面 9 J3において開口するセル 12 の内部に到る。 通過したガスは、 同セル 1 2の開口を介してハニカムフイノレタ F 1の下流側端面 9 )3から流出する。 排気ガス中に含まれる微粒子はセル壁 13 a , 13 bを通過せずに、 そこにトラップされる。 従って、 微粒子の除去されたガ ス (浄化されたガス) がハュカムフィルタ F 1の下流側端面 9 J3から排出される 。 浄化されたガスは、 第 2排気管 7を通過し、 大気中へと放出される。 トラップ された微粒子は、 集合体 9の内部温度が所定の温度に達すると、 前記触媒の作用 により着火して燃焼するようになっている。
次に、 フィルタの熱衝撃試験について説明する。
[試験 1]
平均粒径 10 jumの α型炭化珪素粉末 51. 5重量%と平均粒径0. 5 mの β型炭化珪素粉末 22重量%とを湿式混合し、 得られた混合物に有機パインダ ( メチルセルロース) 6. 5重量%と水 20重量%とを加えて混練した。 次に、 混 練物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練したものを金型を変えて押出成 形することにより、 ハュカム状の生成形体を得た。
次に、 この生成形体をマイクロ波乾燥機を用いて乾燥した後、 成形体のセル ( 貫通孔) を多孔質炭化珪素焼結体製の封止用ペーストによって封止した。 次いで 、 再び乾燥機を用いて封止用ペース トを乾燥させた。 続いて、 この乾燥体を 4 0 0°Cで脱脂した後、 常圧のアルゴン雰囲気下において 2200°Cで約 3時間焼成 した。 その結果、 多孔質炭化珪素焼結体製のハニカムフィルタ F 1を得た。 この 方法に従って、 表 1に示す寸法を有するフィルタを作製した。 尚、 フィルタの長 さは 1 50mmに統一されている。
次に、 それぞれのフィルタを、 電気炉で 6 00°Cまたは 800°Cまで徐々に加 熱し、 目標温度で 3時間保持した。 その後、 20での常温に取り出して、 フィル タに熱衝撃を加えた。 クラックの発生の有無をの結果を表 1に示す。
600で、 800°Cの熱衝撃では、 比 B 1ZB 2が 3. 04以上であればクラ ックが生じた。 従って、 比 B 1ZB 2が 3. 0以下であれば、 フィルタとして使 用されうる 800°C程度の熱衝撃にも十分耐え得る事がわかった。
[試験 2]
平均粒径 1 0 μ mの炭化珪素粉末 5 1. 5重量%と平均粒径 0. 5 μ mの炭化 珪素粉末 1 2重量%、 平均粒径 0. 5 μ mの金属珪素 1 0重量%とを湿式混合し 、 得られた混合物に有機バインダ (メチルセルロース) と水とをそれぞれ 6. 5 重量%、 20重量%ずつ加えて混練した。 次に、 混練物に可塑剤と潤滑剤とを少 量加えてさらに混練したものを金型を変えて押出成形することにより、 ハニカム 状の生成形体を得た。
次に、 この生成形体をマイクロ波乾燥機を用いて乾燥した後、 成形体のセル ( 貫通孔) を多孔質炭化珪素焼結体製の封止用ペーストによって封止した。 次いで 、 再び乾燥機を用いて封止用ペーストを乾燥させた。 この乾燥体を 4 00°Cで脱 脂した後、 常圧のアルゴン雰囲気下において 1 500°Cで約 3時間焼成した。 そ の結果、 多孔質炭化珪素一金属珪素焼結体製のハニカムフィルタ F 1を得た。 こ の方法に従って、 表 2に示す寸法を有するフィルタを作製した。 尚、 フィルタの 長さは 1 5 Ommに統一されている。 試験 1と同様に、 熱衝撃試験を行った。 表 2に示すように、 600°Cの熱衝撃では、 B 1ZB 2が 3. 0 9以上であればク ラックが生じ、 800°Cの熱衝撃では B 1 /B 2が 3. 04以上であれば、 クラ ックが生じた。 従って、 比 B 1ZB 2が 3. 0以下であれば、 フィルタとして使 用されうる 800で程度の熱衝撃にも十分耐え得る事がわかった。
[試験 3]
試験 3では試験 1と同様の手順でフィルタを製造した。 ただし、 セル (貫通孔 ) の内径が変更されている。 寸法及ぴ熱衝撃試験の結果を表 3に示す。 この結果 より、 600°C、 800°Cの熱衝撃では、 比 C l_ C 2が 3. 07以上であれば クラックが生じた。 従って、 比 C 1 C 2が 3. 0以下であれば、 フィルタとし て使用されうる 800 程度の熱衝撃にも十分耐え得る事がわかった。
[試験 4]
試験 4では、 試験 2と同様にフィルタを製造した。 ただし、 セル (貫通孔) の 内径が変更されている。 寸法及ぴ熱衝撃試験の結果を表 4に示す。 この結果より 、 600°Cの !!衝撃では、 比 C 1 2が 3. 20以上であればクラックが生じ 、 800°Cの熱衝撃では、 比 C 1/"C 2が 3. 07以上であればクラックが生じ た。 従って、 比 C 1ZC2が 3. 0以下であれば、 フィルタとして使用されうる 800°C程度の熱衝撃にも十分耐え得る事がわかった。
[試験 5]
試験 5では、 試験 1と同様にフィルタを製造した。 ただし、 壁厚が変更されて いる。 寸法及ぴ熱衝撃試験の結果を、 表 5に示す。 この結果より、 600°C、 8 00°Cの熱衝撃では、 比 D 1ZD2が 3. 03以上であればクラックが生じた。 従って、 比 D 1/D2が 3. 0以下であれば、 フィルタとして使用されうる 80 0 °C程度の熱衝撃にも十分耐え得る事がわかった。
[試験 6]
試験 6では、 試験 2と同様にフィルタを製造した。 ただし、 壁厚が変更されて いる。 寸法及び熱衝撃試験の結果を表 6に示す。 この結果より、 600°Cの熱衝 撃では、 比 D l ZD 2が 3. 08以上であれば、 クラックが生じ、 800°Cの熱 衝撃では、 比 D1ZD2が 3. 03以上であれば、 クラックが生じた。 従って、 比 D 1/D2が 3. 0以下であれば、 フィルタとして使用されうる 800°C程度 の熱衝撃にも十分耐え得る事がわかった。 [実施例及ぴ比較例]
(実施例 1一 1)
a型炭化珪素粉末 5 1. 5重量%と β型炭化珪素粉末 2 2重量%とを湿式混合 し、 得られた混合物に有機バインダ (メチルセルロース) 6. 5重量0 と水 20 重量%とを加えて混練した。 次に、 混練物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさら に混練したものを金型を変えて押出成形することにより、 ハニカム状の生成形体 を得た。
次に、 この生成形体をマイクロ波乾燥機を用いて乾燥した後、 成形体のセル 1 2を多孔質炭化珪素焼結体製の封止用ペーストによって封止し、 再ぴ乾燥機を用 いて封止用ペース トを乾燥させた。 続いて、 この乾燥体を 400°Cで脱脂した後 、 常圧のアルゴン雰囲気下において 2200DCで約 3時間焼成した。 その結果、 多孔質炭化珪素焼結体製のハニカムフィルタ F 1を得た。 各ハニカムフィルタ F 1の長辺81は6 6. 9mm、 短辺 B 2は 3 2. 7 mm、一長さ Lは 1 5 0 mmで あり、 セル 1 2の長辺と短辺の長さはともに 1. 5 mm、 セル壁 1 3 a, 1 3 の厚み D l, 02はともに0. 3 mmとした。 (試験実施例 1. 2と同様) セラミックファイバ 2 3. 3重量%、 平均粒径 0. 3 μιηの炭化珪素粉末 3 0 . 2重量%、 無機パインダとしてのシリカゾル 7重量%、 有機パインダとしての カルボキシメチルセルロース 0. 5重量%及び水 3 9重量%を混合し、 混練した 。 この混練物を適当な粘度に調整することにより、 シール材層 1 5 a, 1 5 b, 1 5 cの形成に使用されるペース トを作製した。 なお、 セラミックファイバは、 ショッ ト含有率 3%、 繊維長さ 0. 1 mm〜 1 0 Ommのアルミナシリケートセ ラミックフアイバであり、 シリカゾルの S i O 2の換算量は 30 %である。
次に、 ハニカムフィルタ F 1の外周面にシール材層形成用ペーストを均一に塗 布して、 厚さ 1. Oramのシーノレ材層 1 5 a , 1 5 bを开$成した。 9個のハニカ ムフィルタ F 1を同じ方向に 3行 3列に並べて、 外周面同士を互いに密着させた 状態で、 1 00でで 1時間乾燥させた。 これにより、 シール材層 1 5 a, 1 5 b が硬化され、 9個のハニカムフィルタ F 1が一体化される。 外形カット工程を実 施して、 一体ィ匕された 9個のハニカムフィルタ F 1の集合体の断面を楕円形にし た。 楕円形の長径 A 1は 1 60 mm、 短径 A 2は 80 mmであり、 比 A 1 /A 2 は 2である。 集合体の外周部に厚さ 1. 5 mmのシール材層 1 5 cを塗布してそ の外形をカッ トして整えることにより、 図 6 (a) に示すように断面略楕円形状 のセラミックフイノレタ集合体 9 aを製造した。
次に、 上記のようにして得られた集合体 9 aに断熱材 10を厚さ 1 Ommで均 —に巻き付け、 集合体 9 aをケーシング 8内に収容し、 実際に排気ガスを供給し た。 そして、 図 3 (a) に示されるように、 ハニカムフィルタ F 1のほぼ中央の 1箇所 P (T emp. ) に熱電対を埋め込み、 図 6 (a) において α、 β、 γで 示される 3箇所のハニカムフィルタ F 1の温度 Τα、 Τ/3、 ΤΎを経時的に測定 した。 Τ αは当該フィルタの中央の温度、 Τ )3は短径方向で当該フィルタの最外 周から 5 mm位置の温度、 T 7は長径方向で当該フィルタの最外周から 5 mmの 温度である。 それとともに、 各位置 α、 β、 y間の最大温度差 ΔΤ (°C) を求め た。 図 3の黒矢印は、 排気ガスの流れの方向を示す。
そして、 複数回 (10回) 再生試験を繰り返した後に集合体 9 aを取り出して 各ハニカムフィルタ F 1を目視で観察し、 ススの燃え残り具合とクラックの発生 状況を調査した。 その結果、 実施例 1では最大温度差 ΔΤ C) が約 50 °Cであ り、 その値は極めて小さいものであった。 また、 いずれのハ-カムフイノレタ F 1 についてもススは無く、 クラックの発生は認められなかった。
(比較例 1— 1〜;!一 2 )
比較例 1一 1及び 1一 2においても、 基本的には実施例 1— 1と同様に集合体 9を製造した。 ただし、 比較例 1—1では、 各ハ-カムフィルタ F 1の長辺 B 1 を 32. 7 mmに、 短辺 B 2を 32. 7 mmに、 長さ Lを 1 50 mmにそれぞれ 変更した (試験参考例 1. 1 (表 1) と同様) 。 このフィルタ 9本を、 長辺 B 1 を平行にして 3行 3列に組み上げて、 図 6 (b) に示すように直径 8 Ommの円 形断面を有する集合体 9 bを製造した。 比較例 1—2では、 各ハニカムフィルタ 1の長辺81を32. 7mmに、 短辺 B 2を 32. 7 mmに、 長さ Lを 1 50 mmにそれぞれ変更した (試験参考例 1. 1と同様) 。 このフィルタ 1 5本を 3 行 5列に組み上げて、 図 6 (c) に示すように略惰円形 (160mmX 80rnm ) の断面を有する集合体 9 cを製造した。
2種の集合体 9 b, 9 cについて、 実施例 1一 1と同様の試験を行った。 その 結果、 最大温度差 Δ T (°C) は比較例 1— 1では、 約 50°Cであり、 その値は極 めて/ J、さ 、ものであった。 また、 ヽずれのハ二カムブイノレタ F 1についてススの 燃え残りが無くクラックの発生は認められなかった。
し力 し、 比較例 1一 2では、 ΔΤが約 1 00°Cであり、 その値はとても大きい ものであった。 しかも、 γの位置のハ-カムフィルタ F 1についてススが燃え残 つており、 クラックの発生が認められた。
同様に、 炭化珪素一金属珪素のフィルタにおいても最大温度差 ΔΤとクラック の発生について同様の試験をおこなった。
即ち、 実施例 1一 2では、 試験実施例 2. 2 (表 2) のフィルタを図 6 (a) のように組み上げた集合体を用いた。 比較例 1— 3では、 試験比較例 2. 1のフ ィルタを図 6 (b) のように組み上げた集合体を用いた。 比較例 1—4では、 試 験比較例 2. 1のフィルタを図 6 (c) のように組み上げた集合体を用いた。 表 7に示すように、 実施例 1一 2では最大温度差 ΔΤが 6 0°Cであるのに対し て、 比較例 1—4では、 温度差が 1 1 0°C以上であり、 T/の位置のハニカムフィ ルタにクラックが生じていた。
(実施例 2— 1〜 2— 4 )
実施例 2—:!〜 2— 4においても、 基本的には比較例 1— 3と同様に集合体 9 を製造した。 実施例 2— 1では、 各ハ-カムフィルタ F 1のセル 1 2において、 1を1. 7mm、 〇 2を1. 5 mmにそれぞれ設定した。 従って、 C 1ZC 2 = 1. 1 3となった。 セ/レ 1 2の長辺と平行に 5本のハニカムフィルタ F 1を並 ベ、 セル 1 2の長辺と垂直に 3本のハニカムフィルタ F 1を並べてて、 1 5本の ハニカムフィルタ F 1の集合体を組み上げた。 外形カット工程を行って、 図 7 ( a) に示す略惰円形の断面を有する集合体 9 d (1 6 OmmX 8 OmmX 1 5 0 mm) を製造した。 表 8に示すように、 実施例 2_2〜2—4についてはセル 1
2の寸法においてのみ実施例 2— 1と異なっている。
(比較例 2— 1〜 2— 4 )
比較例 2— 1〜2— 4においても、 基本的には実施例 2— 1と同様に集合体 9 を製造した。 ただし、 比較例 2— 1では、 セル 1 2の寸法 C 1は 1. 5 mm) , C 2は 1. 5mmであり、 C 1 /C 2 = 1である。 このハニカムフィルタ F 1を 3行 5列で組み上げた後、 外形カットを行って、 図 7 (b) に示すように略楕円 状の断面を有する集合体を 9 e ( 1 6 OmmX 8 OmmX 1 5 Omm) を製造し た。 比較例 2— 2では、 セノレ 1 2の寸法 C 1を 1. 5mm、 じ 2を1. 7 mmと し、 C lZC 2 = 0. 8 8である。 このノヽニカムフィノレタ F 1を、 1. 5 mmの 方を平行に 5本垂直に 3本合わせて、 1 5本組み上げた。 そして、 外形カットを 行って、 図 7 ( c ) に示すように略楕円状の断面を有する集合体を 9 f ( 1 6 0 mmX 8 0 mm X 1 5 0 mm) を製造した。 比較例 2— 3は比較例 2— 2と同様 に製作し、 比較例 2— 4は、 実施例 2— 1と同様に作製した。
実施例 2— 1〜 2— 4及び比較例 2— 1〜 2— 4の集合体について、 最大温度 差厶 Tとクラックの発生について調べた。 その結果、 最大温度差 ΔΤ (°C) は実 施例 2— 1〜 2— 4では、 9 3 °C以下であり、 いずれのハニカムフィルタ F 1に ついてもススは燃え残っておらず、 クラックの発生は認められなかった。
しかし、 比較例 2— 1、 比較例 2— 2、 比較例 2— 3では、 最大温度差 Δ Τ ( 。C) は約 1 0 0で以上であり、 その値はとても大きいものであって、 γの位置の ハニカムフィルタ F 1にススが燃え残り、 クラックの発生が認められた。 また、 比較例 2— 4では、 温度差が低いものであつたが、 クラックが生じてぃナこ。
(実施例 2— 5〜 2— 8、 比較例 2— 5〜 2— 8 )
同様に、 炭化珪素一金属珪素のフィルタにおいても最大温度差 Δ Tとクラック の発生について調べた。
即ち、 実施例 2— 5〜2 _ 8では、 それぞれ試験実施例 4. 1 ~4. 4 (表 4 ) のフィルタを図 7 (a) のように組み上げた集合体を用いた。 比較例 2— 5で は、 試験参考例 4. 1のフィルタを図 7 (b) のように組み上げた集合体を用い た。 比較例 2— 6、 比較例 2— 7では、 それぞれ試験実施例 4. 1、 4 - 2のフ ィルタを図 7 ( c ) のように組み上げた集合体を用いた。 比較例 2— 8では試験 比較例 4. 1のフィルタを図 7 (a ) のように組み上げた集合体を用いた。
すると、 実施例 2— 5〜2— 8の最大温度差 ΔΤが 1 1 0°C以下であるのに対 して、 比較例 2— 5〜2— 8の最大温度差 Δ Τが 1 1 0°C以上であって、 τ /の位 置のハニカムフィルタにクラックが生じていた。
それぞれの結果を表 8に示す。 (実施例 3— 1〜 3— 4 )
実施例 3—:!〜 3— 4においても、 基本的には比較例 1一 3と同様に集合体 9 を製造した。 ただし、 実施例 3— 1では、 各ハエカムフィルタ F 1のセル壁 13 の寸法 D 1を 0. 4111111、 02を0. 35 mmにそれぞれ変更したした。 従って 、 D lZD2= l. 14となった。 D 1と平行に 5本のハニカムフィズレタ F 1を 並べ、 D 1と垂直に 3本のハニカムフィルタ F 1を並べて、 15本のハニカムフ ィルタ F 1の集合体を組み上げた。 そして、 外形カット工程を行って、 図 8 (a ) に示すように略惰円形の断面を有する集合体 9 g (16 OmmX 8 OmmX 1 5 Omm) を製造した。 同様に、 実施例 3— 2〜 3— 4の集合体を製作した。 (比較例 3— 1〜 3— 4 )
比較例 3—1〜3— 4においても、 基本的には実施例 3— 1と同様に集合体を 製造した。 ただし、 比較例 3—1では、 寸法 D1を 1. 5 mm, D2を 1. 5 m mに変更した。 従って、 比 D 1ZD 2 = 1となった。 このハ-カムフイノレタ F 1 を 3行 5列で組み上げた後、 外形力ットを行って、 図 8 ( b ) に示すように略楕 円状の断面を有する集合体を 9 h (16 OmmX 8 OmmX 15 Omm) を製造 した。 一方、 比較例 3— 2では、 寸法 D 1を 0. 35 mm, 02を0. 4 mmと した。 従って、 比 D l ZD 2 = 0. 88となった。 このハニカムフィルタ F 1を 、 D 2と平行に 5本のハニカムフィルタ F 1を並べ、 D 2と垂直に 3本のハ-カ ムフィルタ F 1を並べ、 15本のハニカムフィルタ F 1の集合体を組み上げた。 そして、 外形カツトを行って、 図 8 (c) に示すように略楕円状の断面を有する 集合体を 9 i (160 mm X 80 mm X 1 50 mm) を製造した。 比較例 3— 3 は比較例 3— 2と同様に製作し、 比較例 3— 4は、 実施例 3— 1と同様に作製し た。
実施例 3—:!〜 3— 4及ぴ比較例 3—:!〜 3— 4の集合体について、 最大温度 差厶 Tとクラックの発生について調べた。 その結果、 表 9に示すように最大温度 差 ΔΤ (t) は実施例 3—1〜3— 4では、 91¾以下であり、 また、 いずれの ハ-カムフィルタ F 1についてもススは燃え残っておらず、 クラックの発生は認 められなかった。
し力 し、 比較例 3— 1、 比較例 3— 2、 比較例 3— 3では、 最大温度差 ΔΤ ( で) は約 95°C以上であり、 その値はとても大きいものであって、 yの位置のハ 二カムフィルタ F 1にススが燃え残り、 クラックの発生が認められた。 また、 比 較例 3— 4では、 温度差が低いものであつたが、 クラックが生じていた。
(実施例 3— 5〜 3— 8、 比較例 3— 5〜 3— 8 )
同様に、 炭化珪素一金属珪素のフィルタにおいても同様の試験をおこなった。 即ち、 実施例 3— 5〜実施例 3— 8では、 試験実施例 6. 1〜6. 4 (表 6 ) のフィルタを図 8 (a) のように組み上げた集合体を用いた。 比較例 3— 5では 、 試験参考例 6. 3のフィルタで図 8 (b) のように組み上げた集合体を用いた 。 比較例 3— 6、 比較例 3— 7では、 それぞれ試験実施例 6. 1、 6. 4 (表 6 ) のフィルタで図 8 (c) のように組み上げた集合体を用いた。 比較例 3— 8で は、 試験比較例 6. 1のフィルタで図 8 (a) のように組み上げた集合体を用い た。
表 9に示すように、 実施例 3— 5〜3— 8の最大温度差が 10 It以下であつ た。 これに対して、 比較例 3— 5、 3— 6、 3— 7では、 最大温度差が 105 以上であって、 yの位置のハニカムフィルタにクラックが生じていた。 比較例 3 一 8では、 温度差が低いものであつたが、 クラックが生じていた。
(実施例 4一 1〜 4一 5、 比較例 4— 1〜 4 _ 3 )
実施例 4一 1〜4一 5は、 基本的には、 試験参考例 1. 1 (表 1) のフィルタ を用いて、 比較例 1— 2と同様に集合体を製造した。 ただし、 実施例 4一 1では 、 シーノレ材層 1 5 aの厚み E 1を 1. 05 mm, シール材層 15 bの厚み E 2を 1 mmとし、 比 E 1ZE 2 = 1. 05とした。 (図 9 (a ) 参照) 。
同様に、 表 10の記載にならって、 実施例 4一 2〜実施例 4一 5、 比較例 4一 3を製作した。
比較例 4— 1ではシール材層 1 5 aの厚み E 1を 1 mm、 シール材層 1 5 bの 厚み E 2を lmm) とし、 E l/E 2 = lとした。 (図 9 (b) 参照) 。
比較例 4— 2では、 基本的には、 試験参考例 1. 1のフィルタを用いて、 比較 例 1一 2と同様に集合体を製造した。 ただし、 比較例 4一 2では、 シール材層 1 5 &の厚み£ 1を1111111、 シール材層 1 5 bの厚み E 2を 2mmとし、 Ε Ι,Ε 2 = 0. 5とした。 (図 9 (c) 参照) 。 ■ 実施例 4一:!〜 4一 5、 比較例 4— 1〜 4一 3の集合体について温度差 Τ β一 Τひとクラックの発生について調べた。 その結果、 表 1 0に示すように、 温度差 Τ ]3— Τ αは実施例 4一 1〜4一 5では、 温度差 — Τ α 7 5 °C以下でありま た、 いずれのハニカムフィルタ F 1についてもススは燃え残っておらず、 クラッ クの発生は認められなかつた。
し力 し、 比較例 4一 1、 比較例 4— 2では、 温度差 Τ β— Τ αは 8 0 °C以上で あり、 その値はとても大きいものであって、 γの位置のハニカムフィルタ F 1に ススが燃え残り、 クラックの発生が認められた。 また、 比較例 4一 3では、 温度 差が逆転し、 の位置にクラックが生じていた。
(実施例 4ー6〜4ー 1 0、 比較例 4一 4〜 4— 6 )
同様に、 炭化珪素一金属珪素のフィルタにおいても同様の試験をおこなった。 実施例 4一 6〜実施例 4— 1 0は、 基本的には、 試験参考例 2. 1のフィルタ を用いて、 比較例 1一 2と同様に集合体を製造した。 ただし、 実施例 4— 6では 、 集合体 9の長辺と平行にあるシール材層の厚みを E 1 ( 1. 0 5 mm) 、 短辺 と平行にあるシール材層の厚みを E 2 ( 1 mm) とし、 E l/E 2 = l . 0 5と した。 (図 9 (a) 参照) 。
同様に、 表 1 0の記載にならって、 実施例 4一 6〜実施例 4一 1 0、 比較例 4 一 6を製作した。
比較例 4一 の集合体はシール材層 1 5 aの厚み E 1を 1 mm、 シール材層 1 5 bの厚み E 2を l mmとし、 Ε 1,Ε 2= 1とした。 (図 9 (b) 参照) 。 比較例 4一 5は、 基本的には、 試験参考例 2. 1のフィルタを用いて、 比較例 1一 2と同様に集合体を製造した。 ただし、 比較例 4— 5では、 シール材層 1 5 aの厚み E 1を l ram、 シーノレ材層 1 5 bの厚み E 2を 2mmとし、 E 1 / Ή.2 - 0. 5とした。 (図 9 (c ) 参照) 。
実施例 4一 6〜4ー1 0、 比較例 4一 4〜 4 _ 6の集合体について、 最大温度 差 — Tひとクラックの発生について調べた。 その結果、 表 1 0に示すように 、 温度差 Τ — Τ は実施例では、 8 0。C以下であり、 また、 いずれのハ-カム フィルタ F 1についてもススは燃え残っておらず、 クラックの発生は認められな 力 つた。 し力 し、 比較例 4— 4、 比較例 4— 5では、 温度差 T )3— Τ αは 1 0 0°C以上 であり、 その値はとても大きいものであって、 Vの位置のハニカムフィルタ F 1 にススが燃え残り、 クラックの発生が認められた。 また、 比較例 4一 6では、 温 度差が逆転し、 の位置にクラックが生じていた。
(実施例 5— 1〜 5— 4、 比較例 5—:!〜 5 _ 3 )
実施例 5— 1〜実施例 5— 4は、 基本的には、 試験参考例 1. 1のフィルタを 用いて、 比較例 1一 2と同様に集合体を製造した。 ただし、 実施例 5— 1では、 シール材層 1 5 aの熱伝導率 G 1を 0. 2 W/m · K、 シール材層 1 5 bの熱伝 導率 G 2を 0. 3WZm * Kとし、 G l G 2=^0. 6 7とした。 (図 1 0 (a ) 参照) 。
同様に、 表 1 1の記載にならって、 G 1を調整し、 実施例 5— 2〜実施例 5— 4、 比較例 5— ;!〜 5— 3の集合体を製作した。
比較例 5— 1では G 1と G 2は同じであり、 G 1 /G 2 = 1とした。
実施例 5— 1〜 5— 4、 比較例 5— 1〜 5— 3の集合体について、 温度差 Τ β 一 Ταとクラックの発生について調べた。 その結果、 表 1 1に示すように、 温度 差 T j3— Τ αは実施例 5— 1〜5— 4では、 76 °C以下であり、 また、 いずれの ハニカムフィルタ F 1についてもススは燃え残っておらず、 クラックの発生は認 められな力つた。
し力、し、 比較例 5— 1、 比較例 5— 2では、 温度差 Τ — Ταは 80°C以上で あり、 その値はとても大きいものであって、 γの位置のハニカムフィルタ F 1に ススが燃え残り、 クラックの発生が認められた。 また、 比較例 5— 3では、 温度 差が逆転し、 J3の位置にクラックが生じていた。
(実施例 5— 5〜 5— 8、 比較例 5— 4〜 5— 6 )
同様に、 炭化珪素一金属珪素のフィルタにおいても同様の試験をおこなった。 実施例 5— 5〜実施例 5— 8、 比較例 5— 4〜比較例 5 _ 6も、 基本的には、 試験参考例 2. 1のフィルタを用いて、 表 1 1の記載にならって製作した。
温度差 Τ — Τ αは実施例 5— 5〜5— 8では、 8 0°C以下であり、 また、 い ずれのハ-カムフィルタ F 1についてもススは燃え残っておらず、 クラックの発 生は認められなかった。 しかし、 比較例 5— 4、 比較例 5— 5では、 温度差 Τ β— Τ ο:は 8 0 °C以上で あり、 その値はとても大きいものであって、 yの位置のノ、二カムフィノレタ F 1に ススが燃え残り、 クラックの発生が認められた。 また、 比較例 5— 6では、 温度 差が逆転し、 )3の位置にクラックが生じていた。
それぞれの結果を表 1 1に示す。
(実施例 6— 1〜 6— 4、 比較例 6— 1〜 6— 3 )
実施例 6— 1〜実施例 6— 4は、 基本的には、 試験参考例 1. 1のフィルタを 用いて、 比較例 1一 2と同様に集合体を製造した。 ただし、 実施例 6— 1では、 外周シール材層 1 5 cの厚み H 1を 1. 6 mm, 外周シール材層 1 5 dの厚み H 2を 1. 5 mmとし、 H2ZH 1 - 0. 94とした。 (図 1 0 (b) 参照) 。 外 周シール材層の厚みが緩やかに変化するように外周シール材層 1 5 cと 1 5 dの 間の厚みを調整した。 従って、 厚み H l、 H 2のいずれかが外周シール材層の最 大厚み、 最小厚みである。
同様に、 表 1 2の記載にならって、 H 2の厚みを調整し、 実施例 6— 2〜実施 例 6— 4、 比較例 6— :!〜 6— 3の集合体を製作した。
比較例 6— 1では H 2 /H 1 = 1とした。
表 1 2に示すように、 温度差 T /3— Ταは実施例 6— 1〜6— 4では、 7 3で 以下であり、 また、 いずれのハニカムフィルタ F 1についてもススは燃え残って おらず、 クラックの発生は認められなかった。
しかし、 比較例 6— 1、 比較例 6— 2では、 温度差 Τ β— Τ αは 8 0 °C以上で あり、 その値はとても大きいものであって、 の位置のハニカムフィ/レタ F 1に ススが燃え残り、 クラックの発生が認められた。 また、 比較例 6— 3では、 温度 差が逆転し、 の位置にクラックが生じていた。
(実施例 6— 5〜 6— 8、 比較例 6— 4〜 6— 6 )
同様に.. 炭化 素一金属珐素のフィルタにおいても同搽の試験をおこな た„ 実施例 6— 5〜実施例 6— 8、 比較例 6— 4〜比較例 6— 6も、 基本的には、 試験参考例 2. 1のフィルタを用いて、 表 1 2の記載にならって製作した。 表 1 2に示すように、 温度差 Τ β—Τ aは実施例 6— 5〜 6— 8では、 8 0 °C 以下であり、 また、 いずれのハニカムフィルタ F 1についてもススは燃え残って おらず、 クラックの発生は認められなかった。
しかし、 比較例 6— 4、 比較例 6— 5では、 温度差 Τ β— Τ αは 8 3 °C以上で あり、 その値はとても大きいものであって、 γの位置のハニカムフィルタ F 1に ススが燃え残り、 クラックの発生が認められた。 また、 比較例 6— 6では、 温度 差が逆転し、 の位置にクラックが生じていた。
(実施例 7— 1〜 7— 3、 比較例 7— 1〜 7— 3 )
実施例 7— 1〜実施例 7— 3は、 基本的には、 試験参考例 1 . 1のフィルタを 用いて、 比較例 1— 2と同様に集合体を製造した。 ただし、 実施例 7— 1では、 外周断熱材 (アルミナファイバ製マツト) 1 0の部分 1 6 aの厚み I 1を 1 O m m、 部分 1 6 bの厚み I 2を 1 l mmとし、 I 2 Z l l = 0 . 9 1とした。 (図 1 0 ( c ) 参照) 。 断熱材 1 0の厚みが緩やかに変化するように部分 1 6 aと 1
6 aの間の厚みを調整した。 従って、 厚み I 1, I 2のいずれかが断熱材の最大 厚み、 最小厚みである。
同様に、 表 1 3の記載にならって、 厚み I 2を調整し、 実施例 7— 2〜実施例
7— 3、 比較例 7— 3を製作した。
比較例 7— 1は I 1と I 2を同じ厚みとし、 H 2 ZH 1 = 1とした。
表 1 3に示すように、 温度差 Τ β一 T aは実施例 7— 1〜 7— 8では、 7 3 °C 以下であり、 また、 いずれのハエカムフィルタ F 1についてもススは燃え残って おらず、 クラックの発生は認められなかった。
し力、し、 比較例 7— 1、 比較例 7— 2では、 温度差 Τ β— Ύ αは 8 0 °C以上で あり、 その値はとても大きいものであって、 "yの位置のハニカムフィルタ F 1に ススが燃え残り、 クラックの発生が認められた。 また、 比較例 7— 3では、 温度 差が逆転し、 )3の位置にクラックが生じていた。
(実施例 7— 4〜7— 6、 比較例 7— 4〜 7— 6 )
同様に、 炭化珪素一金属珪素のフィルタにおいても同様の試験をおこなった。 実施例 7— 4〜実施例 Ί一ら、 比較例 7— 4〜比較例 7 _ 6も、 基本的には、 試験参考例 2 . 1のフィルタを用いて、 表 1 3の記載にならって製作した。
温度差 T jS— Τ αは実施例 7— 4〜7— 6では、 8 0 °C以下であり、 また、 レヽ ずれのハニカムフィルタ F 1についてもススは燃え残っておらず、 クラックの発 生は認められなかった。
しかし、 比較例 7— 4、 比較例 7— 5では、 温度差 Τ β— Τ は 8 3 °C以上で あり、 その値はとても大きいものであって、 yの位置のハニカムフィルタ F 1に ススが燃え残り、 クラックの発生が認められた。 また、 比較例 7— 6では、 温度 差が逆転し、 J3の位置にクラックが生じていた。
従って、 本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
( 1 ) 断面形状が長方形であるセラミックフィルタ F 1の長辺が集合体 9の長 径方向になるように、 かつセラミックフィルタ F 1の短辺が集合体 9の短径方向 になるように複数のセラミックフィルタ F 1を接着して集合体 9が製造される。 このことによって、 集合体 9の長径方向において、 熱伝導に影響する可能性のあ るセラミックシール材層 1 5 bの数を減らすことが可能となる。 よって、 使用時 に集合体 9の短径方向への熱伝導性より長径方向への熱伝導性のほうが高くなり 、 長径方向における周辺部のフィルタ F 1でも加熱されやすくなる。 このためス スの燃え残りが無くなって、 クラックが生じなくなる。 また、 セラミックフィル タの材質を変更することなく、 同じ材質のセラミックの構造を変えることで容易 に達成することができることから、 コストの低減をはかることができる。
また、 このような方法によって、 略楕円の輪郭と交差する 2点の間の距離が最 大となる第 1の直線を想定するとともに、 前記第 1の直線と直交する関係にある 直線であって、 前記略楕円の輪郭と交差する 2点の間の距離が最大となる第 2の 直線を想定した場合、 前記集合体の第 1の直線が横切る前記シール材層の数が、 前記第 2の直線が横切る前記シール材層の数以下にできるため、 フィルタ間の熱 伝導の障害を減らすことができる。
( 2 ) 柱状ハニカムフィルタ F 1内のセル 1 2を長方形にすることで、 フィル タの断面上の熱伝導に偏りを与えることができる。 即ち、 セルの長辺方向に沿つ た方向への熱伝導性のほうがセルの短辺方向に沿った方向への熱伝導性よりも高 くなる。 よって、 集合体の長径方向とセルの長辺を平行にして、 逆に集合体の短 径方向とセルの短辺を平行にして、 フィルタ集合体を作ることができる。 このこ とで、 使用時に集合体の短径方向への熱伝導性より長径方向への熱伝導性のほう が高くなり、 長径方向における周辺部のフィルタ F 1でも加熱されやすくなる。 このため、 ススの燃え残りが無くなって、 クラックが生じなくなる。 また、 セラ ミックフ ルタの材質を変更するこどなく、 同じ材質のセラミックの構造を変え ることで容易に達成することができることから、 コストの低減をはかることがで きる。
( 3 ) 柱状ハニカムフィルタ F 1内のセル 1 2が矩形であり、 互いに直交する セル壁の厚さを変えることで、 フィルタの断面上の熱伝導性に偏りを与えること ができる。 即ち、 セル壁の厚い方向の沿った向きの熱伝導性がセル壁の薄い方向 に沿った向きの熱伝導よりも高くすることができる。 よって、 集合体の長径方向 とセル壁の厚い方向を平行にして、 逆に集合体の短径方向とセル壁の薄い方向を 平行にして、 フィルタ集合体を作ることができる。 このことで、 使用時に集合体 の短径方向への熱伝導性より長径方向への熱伝導性のほうが高くなり、 長径方向 における周辺部のフィルタ F 1でも加熱されやすくなる。 このため、 ススの燃え 残りが無くなって、 クラックが生じなくなる。 また、 セラミックフィルタの材質 を変更することなく、 同じ材質のセラミックの構造を変えることで容易に達成す ることができることから、 コストの低減をはかることができる。
( 4 ) 長径方向と垂直な位置関係にあるシール材層 1 5 bを相対的に薄くする ことで、 使用時に集合体の短径方向への熱伝導性より長径方向への熱伝導性を高 くすることができる。 よって、 長径方向の周辺部のフィルタ F 1でも加熱されや すくなり、 ススの燃え残りが無くなって、 クラックが生じなくなる。 また、 セラ ミックフィルタの材質を変更することなく、 同じ材質のセラミックの構造を変え ることで容易に達成することができることから、 コストの低減をはかることがで さる。
( 5 ) 長径方向と垂直な位置にあるシール材層 1 5 bの熱伝導率 G 2を高いも のに変更することで、 使用時に集合体の短径方向より長径方向の熱伝導を高くす ることができる。 よって、 長径方向の周辺部のフィルタ F 1でも加熱されやすく なり、 ススの燃え残りが無くなって、 クラックが生じなくなる。 また、 セラミツ クフィルタの材質を変更することなく、 同じ材質のセラミックの構造を変えるこ とで容易に達成することができることから、 コス トの低減をはかることができる ( 6 ) 断面形状が略楕円形のセラミックフィルタ集合体において、 熱伝導を妨 げる外周シール材層を短径の延長線上に位置するシール材層の厚さ H 2よりも、 長径の延長線上に位置するシール材層の厚さ H 1を厚くすることで、 長径方向の 周辺部からの熱の放射が抑制される。 そのため、 使用時に集合体の、 長径方向の 周辺部で高い断熱効果が生まれ、 ススの燃え残りが無くなって、 クラックが生じ なくなる。 また、 セラミックフィルタの材質を変更することなく、 同じ材質のセ ラミックの構造を変えることで容易に達成することができることから、 コストの 低減をはかることができる。
( 7 ) 断面形状が略楕円形のセラミックフィルタ集合体 9において、 熱伝導を 妨げる断熱材 1 0の厚みが、 集合体 9の短径の延長線上に位置する部分 1 6 bの 厚さ I 2よりも、 長径の延長線上に位置する部分 1 6 aの厚さ I 1を厚くするこ とで、 長径方向の周辺部からの熱の放射が抑制される。 そのため、 使用時に集合 体の長径方向の周辺部で高い断熱効果が生まれ、 ススの燃え残りが無くなって、 クラックが生じなくなる。 また、 セラミックフィルタの材質を変更することなく 、 同じ材質のセラミックの構造を変えることで容易に達成することができること から、 コストの低減をはかることができる。
( 8 ) 試験 1、 2によると、 多孔質セラミック焼結体からなる柱状ハニカムフ ィルタの断面形状が長方形であり、 長辺の長さ B l、 短辺の長さを B 2とした場 合、 その比 B 1 Z B 2が 3 . 0以下であれば、 熱衝撃によるクラックが入りにく い。 そのため、 断面形状が正方形のフィルタと同程度の耐熱衝撃性をもっと考え られ、 偏平形状のフィルタ集合体 9を均一に昇温させるのに必要なフィルタュニ ットを提供することができる。 シール材等を減らせるためにコストの低減もはか れる。
( 9 ) 試験 3、 4によると、 多孔質セラミック焼結体からなる柱状ハニカムフ ィルタのセル (貫通孔) の断面形状が長方形であり、 長辺の長さ C l、 短辺の長 さを C 2とした場合、 その比 C 1 / C 2が 3 . 0以下であれば、 熱衝撃によるク ラックが入りにくい。 そのため、 セル (貫通孔) の断面形状が正方形のフィルタ と同程度の耐熱衝撃性をもっと考えられ、 偏平形状のフィルタ集合体 9を均一に 昇温させるのに必要なフィルタュ-ットを提供することができる。 ( 1 0 ) 試験 5、 6によると、 多孔質セラミック焼結体からなる柱状ハニカム フィルタのセルの壁厚が 2種類からなり、 厚い壁の長さを D l、 短い壁の長さを D 2とした場合、 その比 D l ZD 2が 3 , 0以下であれば、 熱衝撃によるクラッ クが入りにくい。 そのため、 壁厚が全て同じであるフィルタと同程度の耐熱衝撃 性をもっと考えられ、 偏平形状のフィルタ集合体 9を均一に昇温させるのに必要 なフィルタユニットを提供することができる。
なお、 本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
ハ-カムフィルタ F 1の断面形状を長方形にして、 内部のセル 1 2も同じ方向 に長方形としてもよい。
ハ-カムフィルタ F 1の断面形状を長方形にして、 内部のセル壁 1 3 a , 1 3 bのうちの厚いセル壁 1 3 aを長辺と同じ方向にしてもよい。
ハニカムフィルタのセルを長方形とし、 長辺のセル壁を短辺のセル壁よりも厚 くしてもよい。
集合体の外周面に形成されるシール材層を、 熱伝導率の異なる 2種以上の外周 塗布材を用いて形成してもよい。
断熱材 1 0は熱伝導率の異なる 2種以上の断熱材を用いて集合体の外周面に形 成してもよい。
TRANSLATION IN JP
INTERNATION SEARCH REPORT
SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) 差替え用紙 (規則 26)
SUBSTITUTE SHEET (RULE 26 ISA/JP) 差替え用紙 (規則 26 ISA/JP)
AMENDED SHEET (ARTICLE 19) 補正された用紙 (条約第 19条)
STATEMENT UNDER ARTICLE 19 (1) 条約第 19条 (1) に基づく説明書
RECTIFIED SHEET (RULE 91) 訂正された用紙 (規則 91)
RECTIFIED SHEET (RULE 91 ISA/JP) 訂正された用紙 (規則 91 ISA/JP)
RECTIFIED SHEET f ULE 91 RO/JP) 訂正された用紙 (規則 91 RO/JP) 表 1
辺内径 (mm) 壁厚 (mm) ヒツチ (mm) セル列数 外形寸法(mm) 外形寸法(mm) B1 /B2 熱衝撃試験
01 , C2 D1 , D2 B1 B2 600°C 800°C 試験参考例 1.1 1.5 0.3 . 1.8 18 32.7 32.7 1.00 無 無 試験参考例 1.2 1.5 0.3 1.8 19 34.5 32.7 1.06 無 無 試験実施例 1.1 1.5 0.3 1.8 20 36.3 32.7 1.1 1 無 無 試験実施例 1.2 Ϊ .5 0.3 1.8 37 66.9 .32.7 2.05 無 試験実施例 1.3 1.5 0.3 1.8 54 97.5 32.7 2.98 無 試験比較例 1.1 1.5 0.3 1.8 55 99.3 32.7 3.04 有 有 試験比較例 1.2 1.5 0.3 1.8 56 101.1 32.7 3.09 有 有
辺内径 (mm) 壁厚 (mm) ヒツチ (mm) セル列数 外形寸法 (mm) 外形寸法 (mm) B1 /B2 熱衝撃試験
C1 , G2 D1 , D2 B1 B2 600°C 800°C 試験参考例 2.1 1.5 0.3 1.8 18 32.7 32.7 1.00 無 試験参考例 2.2 1.5 0.3 1.8 19 34.5 32.7 1.06 無 試験実施例 2.1 - 1.5 0.3 1.8 20 36.3 32.7 1.1 1
試験実施例 2.2 1.5 0.3 1.8 38 68.7 32.7 2.10 鍵 試験実施例 2.3 1.5 ' 0.3 1.8 54 97.5 32.7 2.98 年 無 試験比較例 2.1 1.5 0.3 1.8 55 . 99.3 32J 3.04 有 試験比較例 2.2 1.5 ' 0.3 1.8 56 101.1 32.7 3.09 有 有
3
表 4
辺内径 (mm) 壁厚 (mm) ヒツチ (mm) セル列数 外形寸法(mm) 辺内径 (mm) 辺内径 (mm) C1 /C2 熱衝撃試験
C1 D1 , D2 B1. B2 01 C2 600°C 800。C 試験参考例 4.1 1.5 0.3 1.8 18 32.7 1.5 1.5 1.00 無 無 試験参考例 4.2 1.6 0.3 . 1.9 17 32.6 1.6 1.5 1.07 無 無
1.7 0.3 2 16 32.3 1.7 1.5 . 1.13 無 躯
2.25 ' 0.3 2.55 13 33.45 2.25 1.5 1.50 無 試験実施例 4.3 3 0.3 3.3 . 10 33.3 3 1.5 2.00 输 試験実施例 4.4 4.4 0.3 4.7 7 33.2 4.4 1.5 2.93 無 試験比較例 4.1 4.6 0.3 4.9 7 34.6 4.6 1.5 3.07 無 有 試験比較例 4.2 4.8 0.3 5.1 6 30.9 4.8 1.5 3.20 有 有 辺内径 (mm) 壁厚 (mm) ヒツチ mm) セル列数 外形寸法(mm) 壁厚 (mm) 壁厚 (mm) D1 /D2 熱衝撃試験
C1 , C2 D2 B1 , B2 D1 D2 600°C 800°C 試験参考例 5.1 1.5 0.4 1.9 18 34.6 0.4 0.4 1.00
試験参考例 5.2 1.5 0.37 1.87 18 34.03 0.4 0.37 1.08 魅 '"、 躯 試験参考例 5.3 1.5 0.3 1.8 18 32.7 0.3 0.3 1.00 输、
1.5 0.35 1.85 18 33.65 0.4 0.35 1.14 無
1.5 0.2 1.7 20 34.2 0.4 0.2 2.00 無 無 試験実施例 5.3 1.5 0.14 1.64 20 32.94 0.4 0.14 2.86 無 試験実施例 5.4 1.5 0.15 1.65 20 33.15 0.3 0.15 2.00 舰
、、 試験比較例 5.1 1.5 0.132 1.632 20 . 32.772 0.4 0.132 3.03 有 有 試験比較例 5.2 1.5 0.13 1.63 20 32.73 0.4 0.13 3.08 有 有
J 1" 1 、リキ( mm ) J vl 、J Λ£¾、πι [ι mm ■n= mm ni /n 熱衝撃試験
D2 R1 R Π1 no oOU C 800。ハ C 試験参者例 6 1 1.5 0 4 1 Q 18 04. n A 1 nn
試験参者例 6 2 1 ,5 0.37 1.8*7 18 3403 0,4 0 37 1 1 08 無 試験参者例 6 3 1.5 0.3 1.8 18 32.7 0,3 0.3 1.00
試験実施例 6 1 1.5 0.35 1 ,85 18 33,65 0.4 0.35 1.14
試験実施例 6.2 1.5 0.2 1.7 20 34.2 0.4 0.2 2.00 4HP 無 試験実施例 6.3 1.5 0.14 1.64 20 32.94 0,4 0.14 2.86 SP
試験実施例 6.4 1.5 0.15 1.65 20 33.15 0.3 0.15 2.00
試験比較例 6.1 1.5 0.132 1.632 20 32.772 0.4 0.132 3.03 有 試験比較例 6.2 1.5 0.13 1.63 20 32.73 0.4 0.13 3.08 有 有
表 8
集合体 9 フィルタ F1 セル 12 セル壁 13 シール材層 1 5 外周部 断熱 /皿度 クラック 形状 種類 A1 A2 B1 B2 本数 C1 C2 C1/C2 D1 D2 D1/D2 E1 E2 E1/E2 ΔΤ β r mm mm mm mm 本 mm mm mm mm mm mm mm mm C •c ' •c 実施例 2-1 図 7(a) 試験実施例 3.1 160 80 33 33 15 1.70 1.50 1.13 0.3 0.3 1.00 1.5 10 93 450 430 357 無 実施例 2-2 図 7(a) 試験実施例 3.2 160 80 33 33 15 2.25 1.50 1.50 0.3 0.3 1.00 1.5 10 80 450 430 370 無 実施例 2- 3 図 7(a) 試験実施例 3.3 160 80 33 33 15 3.00 1.50 2.00 0.3 0.3 1.00 1.5 10 76 450 430 374 無 実施例 2- 4 図 7(a) 試験実施例 3.4 60 80 33 33 15 4.40 1.50 2.93 0.3 0.3 1.00 1.5 10 70 450 430 380 無 比較例 2-1 図 7(b) 試験参考例 3.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 1.5 10 100 450 430 350 有 比較例 2 - 2 図 7(c) 試験実施例 3.1 160 80 33 33 15 1.50 1.70 0.88 0.3 0.3 1.00 1.5 10 100 450 434 350 有 比較例 2- 3 図 7(c) 試験実施例 3.2 160 80 33 33 15 1.50 2,25 0.67 0.3 0.3 1,00 1.5 10 100 450 440 350 有 比較例 2- 4 図 7(a) 試験比較例 3.1 160 80 33 33 15 4.60 1.50 3.07 0.3 0.3 1.00 1.5 10 65 450 430 385 有 実施例 2- 5 図 7(a) 試験実施例 4.1 160 80 33 33 15 1.70 1.50 1.13 0.3 0.3 1 ,00 1.5 10 103 450 423 347 無 実施例 2- 6 図 7(a) 試験実施例 4.2 160 80 33 33 15 2.25 1.50 1.50 0.3 0.3 1.00 1.5 10 90 450 423 360 無 実施例 2-7 図 7(a) 試験実施例 4.3 160 80 33 33 15 3.00 1.50 2.00 0.3 0.3 1.00 1.5 10 86 450 423 364 無 実施例 2-8 図 7(a) 試験実施例 4.4 160 80 33 33 15 4.40 1.50 2.93 0.3 0.3 1.00 1.5 10 80 450 423 370 無
^較例2 -5 図 7(b) 試験参考例 4.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 1.5 10 110 450 423 340 有 比較例 2-6 図 7(c) 試験実施例 4.1 160 80 33 33 15 1.50 1.70 0.88 0.3 0.3 1.00 1.5 10 120 450 434 340 有 比較例 2-7 図 7(c) 試験実施例 4.2 160 80 33 33 15 1.50 2.25 0.67 0.3 0.3 1.00 1.5 10 110 450 440 340 有 比較例 2- 8 図 7(a) 試験比較例 4.1 160 80 33 33 15 4.60 1.50 3.07 0.3 0.3 1.00 1.5 10 75 450 430 375 有
表 9
表 10
集合体 9 フィルタ F1 セル 1 2 セル壁 1 3 シール材層 1 5 周部 断熱 度差 度 クラック
A1 A2 B1 B2 本数 C1 C2 C1/C2 D1 D2 D1/D2 E1 E2 E1/E2 a β Ύ mm mm mm mm 本 mm mm mm mm mm mm mm mm
実施例 4 - Ί 図 9(a) 考例 1.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 1.05 1.05 1.5 10 75 450 425 350 無 実施例 4 - 2 H9(a) 轼験 考例 1.1 160 80 . 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 2 1 2 1.5 10 75 450 425 350 無 実施例 4-3 図 9(a) 弒 考例 1.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 3 1 3 1.5 10 65 450 415 350 無 実施例 4 - 4 図 9(a) 試験参考例 1.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 4 1 4 1.5 10 20 450 370 350 無 実施例 4-5 図 9(a) 試鼓 考例 1.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 5 5 1.5 10 0 450 350 350 ' 無 比較例 4-1 H9(b) 試駭#考例 1.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 1 1 1 1.5 10 80 450 43Q 350 有 比 例 4 2 図 9(c) 試 考例 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 1 0.5 1.5 10 130 450 440 310 有
£じ翠21列 4—3 図 9、 ¾¾5¾ 考例 1.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 ' 6 6 1.5 10 -20 450 330 350 有 実施例 4-6 図 9(a) 試験参考例 2.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 1.05 1.05 1 10 7Κ 450 415 340 実施例 4- 7 図 9(a) 試験参考例 2.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 2 2 1.5 10 75 450 415 340 無 実施例 4- 8 図 (a) 試験参考例 2.1 160 80 33 33 15 1.50 .1.50 1.00 0.3 0.3 1,00 3 3 1.5 10 71 450 411 340 無 実施例 4- 9 図 9(a) 試験参考例 2.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 4 4 1.5 10 25 450 365 340 無 実施例 4- 10 図 9(a) .試験参考例2.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 5 5 1.5 10 2 450 342 340 無 比較例 4-4 図 9(b) 試験参考例 2.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0,3 1.00 1 1 1.5 10 83 450 423 340 有 比較例 4 - 5 図 9(c) 試験参考例 2.1 160 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 1 2 0.5 1.5 10 132 450 432 300 有 比較例 4- 6 図 9(a) 試験参考例 2.1 60 80 33 33 15 1.50 1.50 1.00 0.3 0.3 1.00 6 1 6 1.5 10 -10 450 330 340 有
表 11
集合体 9 フィルタ F1 SiC Iシリカ ル CMC 水 シ一ル材層 1 5 熱伝導率 外周部 断熱 温度差 クラック 長径 短径 長辺 短辺
形状 種類 フアイハ'平均粒径 長径 短径 長径 短怪
A1 A2 B1 B2 本数 0.3 m E1 E2 E1/E2 G1 G2 G1/G2 β—丫 a β r mm mm mm mm 本 wt% wt¾ wt% wt¾ wt% mm mm W/m-K W/m-K mm mm
実施例 5-1 図 10(a)轼験参考例 1.1 160 80 33 33 15 31.10 15.00 14.40 0.50 39.00 1 1 1 0.2 0.3 0.67 1.5 10 76 450 426 350 無 実施例 5 - 2 図 10(a)試験参考例 1.1 160 80 33 33 15 34.00 7.50 19.00 0.50 39.00 1 1 1 0.15 0.3 0.50 1.5 10 75 450 425 350 無 実施例 5 - 3 図 10(a)試験参考例 1.1 160 80 33 33 15 30.30 3.00 27.20 0.50 39.00 1 1 1 0.1 0.3 0.33 1.5 10 65 450 415 350 無 実施例 5- 4 図 10(a)試験参考例 1.1 160 80 33 33 15 31.30 0.50 28.70 0,50 39.00 1 1 1 0.06 0.3 0.20 1.5 10 0 450 " 350 350 無 比較例 5 1 図 10(b)試験参考例 1.1 160 80 33 33 15 23.30 30.20 7.00 0.50 39.00 1 1 1 0.3 0.3 1.00 1.5 10 80 450 430 350 有 比較例 5- 2 図 10(c)試験参考例 1.1 160 80 33 33 15 13.50 40,00 7.00 0.50 39.00 0.6 0,3 2.00 1.5 10 90 450 440 350 有 比較例 5- 3 図 10(a)試験参考例 1.1 160 80 33 33 15 31.30 0.20 29.00 0.50 39.00 0.05 0.3 0.17 1.5 10 -20 450 330 350 有 実施例 5- 5 図 10(a)試験参考例 2.1 160 80 33 33 15 31.10 15.00 14.40 0.50 39.00 0.2 0.3 0.67 1.5 10 76 450 416 340 無 実施例 5- 6 図 10(a)轼験参考例 2.1 60 80 33 33 - 15 34.00 7.50 19.00 0.50 39.00 0.15 0.3 0.50 1.5 10 75 450 . 415 340 無 実施例 5-7 図 10(a)試験参考例 2.1 160 80 33 33 15 30.30 3.00 27.20 0.50 ■39.00 0.1 0.3 0.33 1.5 10 71 450 411 340 無 実施例 5 - 8 図 10(a)試験参者例 2.1 160 80 33 33 15 31.30 0.50 28.70 0.50 39.00 0.06 0.3 0.20 1.5 10 2 450 342 340 無 比較例 5-4 図 10(b)試験参考例 2.1 160 80 33 33 15 23.30 30.20 7.00 0.50 39.00 0.3 0.3 1.00 1.5 10 83 450 423 340 有 比較例 5- 5 図 10(c)試験参考例 2.1 160 80 33 33 15 13.50 40.00 7.00 0.50 39.00 0.6 0.3 2.00 1.5 10 92 450 432 340 有 比較例 5 - 6 図 10(a)試験参考例 2.1 160 80 33 33 15 31.30 0.20 29.00 0.50 39.00 0.05 0.3 0.17 1.5 10 - 10 450 330 340 有
表 13

Claims

42 請求の範囲
1 . 多孔質セラミック焼結体からなる複数の柱状ハニカムフィルタをセラミ ック質シール材層を介して接着することにより一体化され、 前記複数のハニカム フィルタの端面に対して平行に切断したときの断面形状が略楕円形であるセラミ ックフィルタ集合体において、
前記複数のハ-カムフィルタは、 前記端面に対して平行に切断したときの断面 形状が長方形でありかつその長方形における長辺の長さ B 1及び短辺の長さ B 2 の比 B 1 /B 2力 1 . 1〜3 . 0であるハニカムフィルタを含み、 当該ノ、二カム フィルタは、 当該ハニカムフィルタの長辺と短辺が前記集合体の長径と短径に対 してそれぞれ平行になるように配置されていることを特徴とするセラミックフィ ルタ集合体。
2 . 多孔質セラミック焼結体からなる複数の柱状ハニカムフィルタをセラミ ック質シール材層を介して接着することにより一体化され、 前記複数のハニカム フィルタの端面に対して平行に切断したときの断面形状が略楕円形であるセラミ ックフィルタ集合体において、
各ハニカムフィルタは当該フィルタの軸線に沿って延びる複数の長方形のセル を有するとともに、 各セルの長辺の長さ C 1と短辺 C 2の長さの比 C 1 Z C 2力 S 1 . 1〜3 . 0であり、 前記複数のハニカムフィルタは、 前記集合体の長径に対 して前記セルの長辺が平行で、 かつ、 前記集合体の短径に対して前記セルの短辺 が平行になるように配置されていることを特徴とするセラミックフィルタ集合体
3 . 多孔質セラミック焼結体からなる複数の柱状ハ-カムフィルタをセラミ ック質シール材層を介して接着することにより一体化され、 前記複数のハニカム フィルタの端面に対して平行に切断したときの断面形状が略楕円形であるセラミ ックフィルタ集合体において、
各ハニカムフィルタは、 互いに直交する相対的に厚いセル壁と相対的に薄いセ 43
ル壁によって区画される、 当該フィルタの軸線に沿って延びる複数の矩 セルを 有し、 前記複数のハエカムフィルタは、 前記相対的に厚いセル壁が前記集合体の 長径に対して平行になり、 かつ、 前記相対的に薄いセル壁が前記集合体の短径に 対して平行になるように配置されていることを特徴とするセラミックフィルタ集 合体。
4 . 前記相対的に厚いセル壁の厚みを D 1で表し、 前記相対的に薄いセル壁 の厚みを D 2で表したとき、 D 1及び D 2は 0 . 1〜0 . 5 mmの範囲であり、 かつ、 比 D 1ノ D 2が 3以下であることを特徴とする請求項 3に記載のセラミッ クフィルタ集合体。
5 . 多孔質セラミック焼結体からなる複数の柱状ハニカムフィルタの外周面 同士をセラミック質シール材層を介して接着することにより一体化され、 前記複 数のハニカムフィルタ端面に対して平行に切断したときの断面形状が略楕円形で あるセラミックフィルタ集合体において、
前記セラミック質シール材層は前記集合体の長径と平行に延びる第 1のシール 材層と、 前記集合体の長径に対して直交して延びる第 2のシール材層とを含み、 前記第 1のシール材層は前記第 2のシール材層よりも厚いことを特徴とするセラ ミックフィルタ集合体。
6 . 前記第 1のシール材層の厚みを E 1で表し、 前記第 2のシーノレ材層の厚 みを E 2で表したとき、 £ 1及ぴ£ 2が0 . 3 mm〜3 mmであり、 かつ、 比 E 1ズ£ 2カ 1 . 0 5以上かつ 5以下であることを特徴とする請求項 5に記载のセ ラミックフィルタ集合体。
7 . 多孔質セラミック焼結体からなる複数の柱状ハニカムフィルタをセラミ ック質シール材層を介して接着することにより一体化され、 前記複数のハニカム フィルタの端面に対して平行に切断したときの断面形状が略楕円形であるセラミ ックフィルタ集合体において、 44
前記セラミック質シール材層は、 前記集合体の長径と平行な第 1のシール材層 と、 前記集合体の長径に対して直交する第 2のシール材層とを含み、 前記第 1の 'シール材層の熱伝導率は前記第 2のシール材層の熱伝導率よりも低いことを特徴 とするセラミックフィルタ集合体。
8 . 前記第 1のシール材層の熱伝導率を G 1で表し、 前記第 2のシール材層 の熱伝導率を G 2で表したとき、 比 G 1 /G 2が 0 . 2以上かつ 0 . 7以下であ ることを特徴とする請求項 7に記載のセラミックフィルタ集合体。
9 . 多孔質セラミック焼結体からなる複数の柱状ハニカムフィルタをセラミ ック質からなる内側シール材層を介して接着することにより一体化され、 前記複 数のハ-カムフィルタの端面に対して平行に切断したときの断面形状が略楕円形 であるセラミックフィルタ集合体において、
前記集合体の外周に形成されたセラミック質からなる外側シール材層を更に備 え、 当該外側シール材層は前記集合体の長径の延長線上に位置する第 1部分が前 記集合体の短径の延長線上に位置する第 2部分よりも厚いことを特徴とするセラ ミックフィルタ集合体。
1 0 . 前記第 1部分の厚みを H 1で表し、 前記第 2部分の厚みを H 2で表し たとき、 比 H 2 ZH 1が 0 . 0 6以上でかつ 0 . 9 5以下であることを特徴とす る請求項 9に記載のセラミックフィ^/タ集合体。
1 1 . 前記外側シール材層は、 熱伝導率の異なる 2種以上の塗布材から形成 されることを特徴とする請求項 9に記載のセラミックフィルタ集合体。
1 2 . 多孔質セラミック焼結体からなる複数の柱状ハニカムフィルタをセラ ミック質からなる内部シール材層を介して接着することにより一体化され、 前記 複数のハニカムフィルタ端面に対して平行に切断したときの断面形状が略楕円形 であるセラミックフィルタ集合体と、 45
前記セラミックフィルタ集合体を収容する筒状ケーシングと、
前記ケーシングと前記セラミックフィルタ集合体との間に配置される断熱材と をからなるキヤ-ング体であって、
前記断熱材は前記集合体の長径の延長線上に位置する第 1部分と、 前記集合体 の短径の延長線上に位置する第 2部分とを有し、 前記第 1部分が前記第 2部分よ りも厚いことを特徴とするキヤユング体。
1 3 . 前記第 1部分の厚みを I 1で表し、 前記第 2部分の厚みを I 2で表し たとき、 比 I 2 1 1が 0 . 3 0以上でかつ 0 · 9 1以下であることを特徴とす る請求項 1 2に記載のキヤユング体。
1 4 . 前記断熱材は熱伝導率の異なる 2種以上の材料から形成されることを 特徴とする請求項 1 2に記載のキヤニング体。
1 5 . 多孔質セラミック焼結体からなる柱状ハニカムフィルタにおいて、 当 該ハニカムフィルタは、 その端面に対して平行に切断したときの断面形状が長方 形であり、 その長方形における長辺の長さ B 1及ぴ短辺の長さ B 2の比 B 1 / B 2力 3 . 0以下であることを特徴とする柱状ハニカムフィルタ。
1 6 . 多孔質セラミック焼結体からなる柱状ハニカムフィルタにおいて、 当 該ハニカムフィルタは、 その軸線方向に沿って延びる複数のセルと、 端面とを有 し、 各セルは、 前記端面に対して平行に切断したときの断面形状が長方形状であ り、 各セルの長辺の長さを C 1で表し、 短辺の長さを C 2で表したとき、 比 C 1 ノ C 2が 3 . 0以下であることを特徴とする柱状ハニカムフィルタ。
1 7 . 多孔質セラミック焼結体からなる柱状ハニカムフィルタにおいて、 当 該ハニカムフィルタは当該ハ-力ムフィルタの軸線方向に沿って延びる複数の矩 形セルを有し、 各矩形セルは互いに直交する相対的に厚いセル壁と相対的に薄い セル壁によって区画されていることを特徴とする柱状ハニカムフィルタ。 46
1 8 . 前記相対的に厚いセル壁の厚みを D 1で表し、 前記相対的に薄いセル 壁の厚みを D 2で表したとき、 比 D 1 ZD 2が 3以下であることを特徴とする請 求項 1 7に記載の柱状ハニカムフィルタ。
1 9 . 前記多孔質セラミック焼結体は炭化珪素と金属珪素とからなることを特 徴とする請求項 1 5乃至 1 8のいずれか一項に記載の柱状ハニカムフィルタ。
2 0 . 触媒が担持されている請求項 1 5乃至 1 9のいずれか一項に記載の柱状 /ヽニカムフイノレタ。
2 1 . 多孔質セラミック焼結体からなる複数の柱状ハニカムフィルタをセラ ミック質シール材層を介して接着することにより一体化され、 前記複数のハニカ ムフィルタの端面に対して平行に切断したときの断面形状が略楕円形であるセラ ミックフィルタ集合体において、
前記略楕円形の輪郭線と交差する 2点の間の距離が最大となる第 1の直線を想 定するとともに、 前記第 1の直線と直交する関係にある直線であって、 前記略楕 円形の輪郭線と交差する 2点の間の距離が最大となる第 2の直線を想定した場合 、 前記集合体の第 1の直線が横切る前記シール材層の数が、 前記第 2の直線が横 切る前記シール材層の数以下であることを特徴とするセラミックフィルタ集合体
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